Dies ist eine HTML Version eines Anhanges der Informationsfreiheitsanfrage 'Correspondence with Irish government regarding wastewater directive'.



Ref. Ares(2013)7675 - 04/01/2013
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A RISK BASED METHODOLOGY TO ASSIST IN THE REGULATION OF DOMESTIC 
WASTE WATER TREATMENT SYSTEMS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NOVEMBER 2012 
 
 

 

 
 
ii 
 

EXECUTIVE SUMMARY 
 
Aim of Report 
Under the Water Services (Amendment) Act, 2012 (S.I. No. 2 of 2012) the EPA is responsible 
for making a National Inspection Plan having regard to relevant risks to human health and 
the environment.  The aim of this report is to set out a methodology to enable the EPA to 
adopt  a  risk-based  approach  to  organising  inspections  of  DWWTSs,  whereby  the  level  of 
inspection will be proportionate to the risk posed to human health and the environment. 
 
Risk-based Methodology 
The methodology is based on the source-pathway-receptor (S-P-R) model for environmental 
management. The development of the methodology was influenced by: 
  the data and map information available as GIS datasets; 
  the current understanding of the hydrological and hydrogeological settings present 
in Ireland; 
  results of research on DWWTSs and hydrogeology undertaken in Ireland. 
Discharges from DWWTSs 
DWWTSs  located,  constructed,  installed  and  maintained  in  accordance  with  the  best 
practice  guidance  generally  provide  adequate  treatment  and  disposal  of  domestic  waste 
water.  However,  where  the  location,  construction,  operation  and/or  maintenance  are 
inadequate, impacts may occur. This report focuses on the issues that may arise in the areas 
that  are  problematical  with  regard  to  inadequate  percolation  and/or  attenuation.  Three 
pollutants were taken as representative of the threat posed by discharges from DWWTSs to 
water  quality  and  human  health  –  molybdate  reactive  phosphate  (MRP),  nitrate  and 
microbial pathogens.  
 
Receptors of Concern 

The receptors of concern are  human health from direct contact with  microbial pathogens, 
surface  water  from  eutrophication  and/or  polluted  groundwater  being  used  as  a  private 
water supply (e.g. untreated well water). 
 
Evaluation of Pathways Linking DWWTSs with Receptors 
The pathway is the link between the source of pollution and the receptor, and can either be 
at  or  close  to  the  surface  or  underground,  or  a  combination  of  both.  Natural  vertical  and 
horizontal  pathways  for  effluent  migration  are  determined  by  the  on-site  subsurface 
geology,  particularly  the  nature  of  the  soils,  subsoils  and  underlying  aquifers.  Artificial 
pathways may include drainage ditches, land drainage pipes and stream culverts.   
 
The  characteristics  of  both  the  surface  and  subsurface  pathways  are  defined  by  the 
pathway susceptibility’, which is a measure of the degree of attenuation between source 
and receptor.  
  The factors that influence attenuation along the surface pathway (which is present 
where  percolation  is  inadequate)  include:  whether  the  effluent  is  piped  directly  to 
iii 
 

ditches/streams or ponds at the surface; uptake of nutrient by plants in the ponded 
areas;  die-off  or  predation  of  microbial  pathogens;  attenuation  in  the  topsoil;  and 
percolation during dry weather conditions. 
  The  factors  that  influence  attenuation  along  the  subsurface  pathway  include:  the 
thickness  and  permeability  of  the  subsoil;  the  type  of  aquifer  (whether  bedrock  or 
sand/gravel); and whether the bedrock facilitates de-nitrification or not.  
The  presence  of  areas  with  ‘inadequate  percolation’  due  to  low  permeability  soils  and 
subsoils, high water tables and/or low permeability bedrock presents the greatest challenge 
in Ireland to dealing with effluent from DWWTSs, as engineering measures to alleviate the 
situation  are  not  usually  readily  available.  It  is  estimated  that  overall  proportion  of  the 
country  with  inadequate  percolation,  which  can  arise  all  year  round  or  be  intermittent 
during wet weather conditions, is approximately 39%.  
 
Risk Characterisation 
The risk is determined by a combination of the following elements: 
  Estimated  pollutant  load  from  each  individual  DWWTS,  derived  from  typical 
discharge concentrations and quantities. 
  Pathway  susceptibility  indicating  the  ease  with  which  pollutants  can  enter  surface 
water or groundwater. 
  Cumulative  load  entering  the  surface  water  or  groundwater  environment  derived 
from DWWTS density and estimations of attenuation. 
  Dilution of load at the water receptor; calculations are based on the effective rainfall 
and groundwater recharge estimations in 1 km2 grids country-wide. 
  Risk  ranking  using  estimates  of  predicted  pollutant  –  MRP  and  nitrate  – 
concentrations at the receptor in comparison to appropriate standards for MRP and 
nitrate. Microbial pathogens are considered to be influenced by pathway factors in a 
similar manner to MRP. 
 
Four categories of relative risk are used: low, moderate, high and very high.  
 
The percentage areas of the country in the different relative risk categories are given in the 
table below. 
 
Relative risk 
MRP & Pathogens 
Nitrate 
category 
Streams via 
Streams and wells via 
Streams via surface 
Streams and wells via 
surface pathway 
subsurface pathway 
pathway 
subsurface pathway 
Low 
63.1 
89.0 
97.3 
97.6 
Moderate 
10.5 
4.1 
0.2 
<0.1 
High 
6.4 
1.9 
<0.1 
<0.1 
Very High 
17.8 
2.8 
0.1 
<0.1 
Area Sewered 
2.3 
2.3 
2.3 
2.3 
*Percentages may not add to 100% due to rounding 
iv 
 

 
 
 
 
The results indicate that: 
  The risk to human health from DWWTS waste water is significantly higher in areas 
with a high density of DWWTSs and inadequate percolation; and in vulnerable areas 
with private wells. 
  MRP is the main pollutant posing a threat to the environment, particularly to surface 
water,  either  where  there  is  inadequate  percolation  or  where  there  is  inadequate 
attenuation  prior  to  entry  of  waste  water  into  bedrock  aquifers,  particularly 
karstified (cavernous limestone) aquifers. While the cumulative pollutant load arising 
from  DWWTSs  will  be  insignificant  compared  to  urban  waste  water  treatment 
systems  and  agriculture at  river  basin  scale,  it  can  be  significant  in  certain  physical 
settings at small catchment scale.  
  The threat  posed by  nitrogen from  DWWTSs  is low  at  catchment  scale and  at the 
scale  of  this  assessment  –  1km2–  due  to  dilution;  however,  in  exceptional 
circumstances,  at  site-scale  (a  few  hectares),  a  high  density  of  DWWTSs  can  cause 
localised plumes with elevated nitrate concentrations in groundwater. 
Next Steps 
The  output  from  the  Risk  Based  Methodology  indicates  the  relative  risk  of  impacts  from 
DWWTSs.    Detailed  criteria  for  site  selection,  which  take  account  of  sensitive  receptors, 
have  been  being  established  for  use  in  conjunction  with  the  Risk  Based  Methodology  in 
developing the National Inspection Plan and in proposing the level of inspection, based on 
risk.  This  will  assist  Water  Service  Authorities  in  identifying  areas  to  focus  inspections  and 
achieve the maximum outcome for the environment.  
The  results  of  the  inspections  undertaken  will  be  used  to  verify  and  calibrate  the  S-P-R 
model as appropriate. 
 
 
 
 

 

link to page 9 link to page 9 link to page 9 link to page 10 link to page 11 link to page 12 link to page 12 link to page 13 link to page 13 link to page 13 link to page 13 link to page 17 link to page 17 link to page 17 link to page 18 link to page 18 link to page 18 link to page 18 link to page 19 link to page 19 link to page 19 link to page 20 link to page 21 link to page 22 link to page 22 link to page 23 link to page 25 link to page 25 link to page 25 link to page 27 link to page 27 link to page 27  
Table of Contents 

Background ........................................................................................................................ 1 
1.1 
Introduction................................................................................................................. 1 
1.2 
Report Scope ............................................................................................................... 1 
1.3 
Domestic Waste Water Treatment Systems ............................................................... 2 
1.4 
Historical and current requirements for siting, design and installation of DWWTS .. 3 
1.5 
Risk Based Enforcement .............................................................................................. 4 
1.6 
National Inspection Plan ............................................................................................. 4 

A  risk-based  approach  to  assessing  the  impact  of  existing  Domestic  Waste  Water 
Treatment Systems .................................................................................................................... 5 
2.1 
Risk assessment ........................................................................................................... 5 
2.2 
Source-Pathway-Receptor Framework ....................................................................... 5 

Source Characteristics ........................................................................................................ 9 
3.1 
Domestic waste water quality ..................................................................................... 9 
3.1.1 
Microbial pathogens ............................................................................................ 9 
3.1.2 
Phosphorus ........................................................................................................ 10 
3.1.3 
Nitrogen ............................................................................................................. 10 
3.2 
Volumes of waste water generated by DWWTSs ..................................................... 10 
3.3 
Pollutant Load ........................................................................................................... 10 

Surface and subsurface pathways ................................................................................... 11 
4.1 
Understanding and using the ‘Pathway’ concept ..................................................... 11 
4.2 
Characteristics of surface and subsurface pathways ................................................ 11 
4.2.1 
Data Availability ................................................................................................. 12 
4.2.2 
Attenuation ........................................................................................................ 13 
4.3 
Pathway Susceptibility .............................................................................................. 14 
4.4 
Factors influencing surface water susceptibility to contamination .......................... 14 
4.5 
Factors influencing groundwater susceptibility to contamination ........................... 15 

Classifying pathway susceptibility ................................................................................... 17 
5.1 
Introduction............................................................................................................... 17 
5.2 
Inadequate percolation ............................................................................................. 17 
5.3 
Inadequate attenuation ............................................................................................ 19 
5.3.1 
Pathogen and molybdate reactive phosphorus contamination ........................ 19 
5.3.2 
Nitrate contamination ....................................................................................... 19 
vi 
 

link to page 28 link to page 29 link to page 33 link to page 33 link to page 34 link to page 34 link to page 35 link to page 35 link to page 36 link to page 36 link to page 37 link to page 38 link to page 39 link to page 47 link to page 49 link to page 53 5.4 
Use of pathway susceptibility ranking maps ............................................................. 20 
5.5 
Map confidence and forthcoming county maps ....................................................... 21 

Risk characterisation ........................................................................................................ 25 
6.1 
Introduction............................................................................................................... 25 
6.2 
Pollutant Load ........................................................................................................... 26 
6.3 
Pathway Attenuation ................................................................................................ 26 
6.3.1 
Surface pathway ................................................................................................ 27 
6.3.2 
Subsurface pathway ........................................................................................... 27 
6.4 
Estimating Cumulative Load and Resultant Concentration ...................................... 28 
6.4.1 
Cumulative Load ................................................................................................ 28 
6.4.2 
Dilution ............................................................................................................... 29 
6.5 
Risk Ranking ............................................................................................................... 30 
6.6 
Conclusions from Risk Ranking Process .................................................................... 31 

Summary and Conclusions ............................................................................................... 39 

Glossary ............................................................................................................................ 41 

References ....................................................................................................................... 45 
 
 
 
 
vii 
 

Authors and Acknowledgements 
This guidance document, as well as the maps which accompany it, are the result of work by 
EPA personnel, Geological Survey of Ireland Groundwater Section staff, and an independent 
geological consultant. A peer review process was undertaken. 
 
Working Group Members 
 
Donal Daly, Environmental Protection Agency  
Leo Sweeney, Environmental Protection Agency 
Claire Byrne, Environmental Protection Agency 
 
Matthew Craig, Environmental Protection Agency  
Natalya Hunter-Williams, Groundwater Section, Geological Survey of Ireland 
Margaret Keegan, Environmental Protection Agency 
Monica Lee, Groundwater Section, Geological Survey of Ireland 
 
Anthony Mannix, Environmental Protection Agency 
 
Robert Meehan, Consultant Geologist 
 
Peer Reviewers 
Phil  Jordan,  Professor  of  Catchment  Science,  School  of  Environmental  Sciences 
University of Ulster 
 
Tony  Marsland,  formerly  Groundwater  Policy  Manager,  Environment  Agency,  England  and 
Wales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
viii 
 

 
1  BACKGROUND 
1.1  Introduction 
A  domestic  waste  water  treatment  system  (DWWTS)  is  the  primary  method  used  for  the 
treatment  and  disposal  of  sewage  from  houses  in  rural  and  suburban  areas  that  are  not 
serviced  by  a  public  sewer  system.    Properly  located,  constructed,  installed  and  operated 
domestic waste water treatment systems generally provide adequate treatment of domestic 
waste water and will ensure that the waste water is discharged with minimal risk to human 
health or the environment.  
The  Water  Services  (Amendment)  Act,  2012  (S.I.  No.  2  of  2012),  requires  home  owners 
connected to a DWWTS to register and ensure that the system does not constitute a risk to 
human  health  or  the  environment  through  the  compliance  with  standards  for  the 
performance and operation of DWWTSs.  Water Services Authorities (Local Authorities) are 
required  to  maintain  a  register  of  DWWTS  and  undertake  inspections  to  regulate  the 
discharges from  these  systems.    The  Environmental Protection  Agency (EPA)  is  responsible 
for  the  development  of  the  National  Inspection  Plan  (NIP);  for  the  appointment  of 
inspectors;  the  establishment  and  maintenance  of  a  register  of  inspectors  and  is  the 
supervisory authority over the WSA in the performance of their functions under the Act. 
The new legislation will also assist Ireland in meeting the objectives of the Water Framework 
Directive
 (2000/60/EC).  Ireland must maintain current ‘high’ and ‘good’ status water bodies 
and it is of critical importance that this is achieved. All water bodies at less than good status 
must  show  no  deterioration  and  must  be  restored  to  good  status  by  2015  (there  are 
extended deadlines to 2021 and 2027 for some water bodies). A major programme, through 
the  implementation  of  River  Basin  Management  Plans,  is  under  way  to  achieve  this 
ambitious  target.  The  NIP  specifically  addresses  one  of  the  measures  in  the  River  Basin 
Management Plans, which deals with inspection and remediation of DWWTSs.  
A  review  of  enforcement  procedures  internationally  revealed  that  environmental 
considerations  are  key  to  developing  enforcement  strategies,  in  prioritising  enforcement 
activities  and  in  allocating  resources  where  they  are  needed  most.    The  Environmental 
Protection Agency (EPA) has developed this environmental risk assessment methodology to 
allow it to prioritise the inspection of domestic waste water treatment systems through the 
implementation of the NIP.    
1.2  Report Scope 
The aim of this report is to provide a scientific basis for enabling consideration of the risk to 
human  health  and  the  environment  when  deciding  on  the  inspection  regime.  The  report 
includes descriptions of the following: 
  The risk-based approach. 
  Characteristics (quality and quantity) of discharges from DWWTSs. 
  Characteristics  of  the  surface  and  subsurface  pathways  for  the  discharge  after  it 
leaves the wastewater treatment tank. 
  The process followed in ranking pathway susceptibility. 
  The  basis  for  ranking  areas  based  on  the  risk  of  impact  to  human  health  and  the 
environment. 
 

 

 
The  maps  produced  to  accompany  this  methodology  are  intended  to  give  a  guide  as  to 
where issues are most likely to occur with respect to inadequate percolation or susceptibility 
of  groundwater  to  the  occurrence  of  pathogens/molybdate  reactive  phosphorus  or  nitrate 
across  Ireland,  with  respect  to  existing  DWWTSs.    The  maps  have  been  produced  at  a 
1:40,000  scale.    Further  enlargement  would  potentially  be  misleading  as  the  spatial 
resolution  of  the  underlying  data  is  insufficient  to  show  detail  beyond  this  scale.    The 
depicted boundaries and interpretations derived from the maps do not eliminate the need 
for on-site sampling, testing, and detailed study of specific sites. The maps should be used 
appropriately, and users are responsible for this process. 
1.3  Domestic Waste Water Treatment Systems  
Domestic  waste  water  disposal  accounts  for  approximately  one-third  of  residences  in 
Ireland.    There  are  an  estimated  497,000  (CSO,  2012)  domestic  waste  water  treatment 
systems  (DWWTSs)  in  Ireland  treating  waste  water  from  single  houses  not  connected  to  a 
public sewer system. 
In  most  cases  the  DWWTS  utilised  is  a  conventional  septic  tank  system.  The  conventional 
septic tank system consists of two main parts: 
  The septic tank itself, and 
  The  percolation  area,  which  comprises  the  effluent  distribution  system  and  the 
adsorption and treatment beneath it, which occurs in the biomat and in the soil and 
subsoil layers and where the main treatment of the effluent takes place. 
Secondary treatment systems (often called  ‘Advanced’ systems) are also employed.  These 
systems offer secondary treatment of discharged effluent and include those constructed on-
site  and  packaged  treatment  systems.  Secondary  waste  water  treatment  systems  may 
include a package treatment system and a polishing filter, which may comprise soil, sand or 
peat.   
Both  conventional  septic  tank  systems  and  secondary  treatment  systems  must  include  the 
following two elements in their make-up, namely the tank or mechanical treatment unit, and 
the  percolation  or  polishing  filter  set  in  the  ground.    Septic  tank  systems  require  greater 
depths  of  subsoil  and  a  larger  area  for  distribution  of  discharged  effluent  than  secondary 
treatment systems.     
All  new  DWWTSs,  whether  of  the  conventional  septic  tank  type  or  of  the  secondary  type 
should  meet  the  requirements  of  the  appropriate  European  Standards  (EN  12566  series  of 
standards). Such systems are designed to:  
  Treat the wastewater to minimise contamination of soils and water bodies; 
  Prevent  direct  discharge  of  untreated  wastewater  to  the  groundwater  or  surface 
water; 
  Protect humans from contact with wastewater; 
  Keep animals, insects, and vermin from contact with waste water; and 
  Minimise the generation of foul odours. 
It should be noted that there are many localities across Ireland where neither a conventional 
septic tank nor a secondary treatment system discharging to ground will operate adequately, 
due  to  unsuitable  site  conditions.    For  existing  systems,  in  such  cases,  some  additional 

 

 
remedial  measures  or  non-conventional  systems  may  be  necessary  to  provide  adequate 
protection  (e.g.  importation  of  suitable  soil  for  the  construction  of  mound  systems  or 
tertiary treated effluent discharging to surface waters with a licence). 
1.4  Historical and current requirements for siting, design and installation of DWWTS 
In  1975,  the  Institute  for  Industrial  Research  and  Standards  (IIRS)  published  the 
Recommendation  for  Septic  Tank  Drainage  Systems  suitable  for  single  houses  (SR6:1975)’, 
which was the first document outlining best practice with respect to septic tank systems in 
Ireland.    The  National  Standard  Authority  of  Ireland  (NSAI)  followed  this  in  1991  by 
publishing  ‘Septic  tank  systems:  recommendations  for  domestic  effluent  treatment  and 
disposal  from  a  single  house
  (SR6:1991)’.    This  document  required  that  a  site  suitability 
assessment  be  carried  out  before  the  installation  of  a  DWWTS,  and  outlined  how  this 
assessment should be carried out and how percolation areas should be constructed.  Where 
sites  were  deemed  unsuitable  such  as  due  to  poor  percolation,  remedial  measures  were 
suggested  which  included  mounding  percolation  areas  using  imported  suitable  material. 
However, while remedial measures such as this are satisfactory in some circumstances, they 
may not address sufficiently the hydraulic issue, where there is inadequate percolation. 
The  EPA  published  the  guidance  manual  ‘Wastewater  Treatment  Manuals;  Treatment 
Systems for Single Houses
’ in 2000, which further defined the site  assessment process and 
gave detailed accounts of the types of secondary treatment systems available in Ireland at 
that time. Acceptable limits to percolation values were set out in this document, and the site 
assessment process from this time on was a more involved procedure. 
Currently,  where  new houses  are  being  constructed  in  un-sewered  areas  and  waste  water 
from  a  single  house  needs  to  be  treated  on-site  the  ‘EPA  Code  of  Practice:  Wastewater 
Treatment  and  Disposal  Systems  Serving  Single  Houses  (p.e.<  10)’
  provides  guidance  from 
the  assessment  stage  through  to  the  design,  installation  and  maintenance  stages  of  a 
domestic  wastewater  treatment  system,  in  such  a  way  as  to  prevent  water  pollution  and 
protect public health.  This document, published in late 2009, applies to new  systems only 
and  does  not  account  for  the  many  older  houses  with  existing  DWWTSs  that  pre-date  the 
Code. 
The  importance  of  proper  design,  installation,  operation  and  maintenance  of  DWWTSs 
cannot  be  under-estimated.    In  particular,  a  well  designed  and  constructed  distribution 
device and percolation area/polishing filter is critically important in terms of maintaining an 
even flow of waste water and promoting biomat development that will adequately distribute 
and allow treatment of the effluent. A clogged percolation area/polishing filter due to poor 
construction  and  maintenance  can  result  in  backing  up  and  surface  ponding  in  some 
locations  otherwise  suitable  for  subsurface  percolation.    However,  a  good  percolation 
area/polishing  filter  can  occasionally  assist  where  marginal  subsurface  percolation 
conditions  exist  but  it  will  never  overcome  the  problem  of  fundamentally  unsuitable 
subsurface  percolation  conditions,  hence  the  focus  on  soil/geological  conditions  in  this 
report.  
Correct operation and maintenance of DWWTSs is essential to ensure on-going treatment of 
waste water.  A ‘duty of care’ is placed on homeowners by Section 70 of the Water Services 
Act,  2007  
and  the  Water  Services  Acts  2007  and  2012  (Domestic  Waste  Water  Treatment 
Systems) Regulations 2012 
(S.I. 223 of 2012), which details the requirements for operation 
and  maintenance  of  systems  including  the  requirements  for  de-sludging  of  DWWTSs.  If 

 

 
systems are not de-sludged properly solids can be carried over and cause blockages in the 
percolation  area/polishing  filter  thus  preventing  adequate  treatment  and/or  ponding  of 
effluent on-site.  
It is expected that all new DWWTSs will be designed, installed, operated and maintained to 
accepted  standards,  however,  the  risk  assessment  methodology  does  not  make  particular 
assumptions  about  adherence  of  existing  systems  to  these  standards  as  its  purpose  is  to 
underpin  a  risk  based  inspection  scheme  relying  only  on  underlying  environmental 
conditions.    
1.5  Risk Based Enforcement 
The  EPA  is  committed  to  delivering  effective  risk-based  regulation  (Lynott  and  O’Leary, 
2011), recognizing that the most effective and efficient way to protect human health and the 
environment is to target resources towards activities which pose the greatest risk and those 
areas at greatest risk of impact.  The EPA considers that, while the overall risk from DWWTSs 
to  the  environment  at  a  national  scale  is  lower  than  agricultural  activities  and  urban 
wastewater  treatment  systems,  there  are,  however,  areas  of  the  country  where  the 
potential risk from DWWTSs may be important at a local level due to the density of systems 
and the prevailing ground conditions. 
In line with European and International best practice, the EPA has developed this risk-based 
methodology  to  provide  for  the  prioritising  of  the  enforcement  of  DWWTS  management.  
The methodology has built on previous research work carried out by the Western River Basin 
District  in  the  development  of  the  River  Basin  Management  Plans  (WRBD,  2008),  which 
estimated that a significant proportion of existing septic tanks have the potential to impact 
on groundwater and/or surface waters. 
1.6  National Inspection Plan 
The Water Services (Amendment) Act 2012 requires the EPA to prepare a National Inspection 
Plan for DWWTSs.  It sets out the issues to be considered by the EPA to include relevant and 
potential risks to human health and the environment when drawing up the plan and makes 
provision for the revision of the plan.  The Water Service Authorities (WSAs) will be required 
to  give  effect  to  the  plan.  The  development  of  this  Risk  Based  Methodology  provides  a 
decision  making  framework  to  prioritise  and  target  sensitive  areas,  allocate  and  deploy 
resources with a view to facilitating compliance with the Water Services (Amendment) Act
 
 
 
 

 

 
2  A RISK-BASED APPROACH TO ASSESSING THE IMPACT OF EXISTING 
DOMESTIC WASTE WATER TREATMENT SYSTEMS 

2.1  Risk assessment 
Risk  assessment  is  a  fundamental  step  in  the  protection  of  human  health  and  the 
environment,  and  in  effective  water  management  planning.  Risk  assessment  allows 
environmental  problems  to  be  identified,  likely  problem  areas  to  be  located,  monitoring 
programmes  to  be  designed,  and  appropriate  cost  effective  inspection,  protection  and 
improvement measures to be formulated and implemented.  
The  assessment  of  the  performance  of  DWWTSs,  as  outlined  in  this  report,  is  receptor-
focussed  and  risk-based.  The  receptors  of  concern  are  human  health,  aquatic  ecosystems 
and groundwater resources. 
2.2  Source-Pathway-Receptor Framework 
The basis for risk assessment is the source-pathway-receptor (S-P-R) model, which underpins 
all groundwater protection schemes in Ireland, as well as the EU Water Framework Directive 
on which both surface water and groundwater regulations are based.  
The S-P-R model is depicted schematically in Figure 1 below, whereby a source is linked to 
one  or  more  receptors  via  pathways.  In  the  example,  the  source  is  represented  by  a 
DWWTS,  which  disposes  of  discharged  effluent  through  a  percolation  area  situated  in  an 
area  where  bedrock  is  at  a  shallow  depth.  The  discharge  infiltrates  through  subsoils  into 
groundwater  in  the  bedrock,  from  where  it  migrates  through  fractures  and  fissures  to  a 
down-gradient  abstraction  well  and  towards  a  river.  There  are  in  fact  three  potential 
receptors in the diagram: the abstraction well, the river, and the bedrock aquifer (the latter 
as a groundwater resource). Figure 2 represents a situation where a properly installed and 
maintained DWWTS will not impact on the water receptors via underground flow due to the 
protection  provided  by  the  subsoils  underlying  the  percolation  area.  However,  if  the 
permeability  of  the  subsoil  is  sufficiently  low  that  adequate  percolation  cannot  occur, 
ponding  of  DWWTS  discharge  at  the  surface  is  likely  with  a  consequent  threat  to  human 
health. In such a situation, effluent can also flow ‘downhill’ in the more permeable topsoil, 
could  enter  wells  down  the  outside  of  well  casings  where  well  protection  may  be 
inadequate, and typically will enter nearby ditches or streams, maintaining a water impact 
especially during low flows. 
Every DWWTS carries a degree of risk of impacting on water quality and receptors. In many 
cases,  the  risk  may  be  low  or  manageable  through  well  sited,  designed  and  managed 
systems. In other cases, the discharge activity can pose a significant threat to human health, 
groundwater or surface water quality and related receptors.  
It is relatively easy to develop a conceptual model of a surface water flow system around a 
DWWTS from a topographic map and a site walkover survey. It  is more difficult to obtain a 
similar,  site-specific  image  for  groundwater  flow  because  groundwater  is  not  visible.  
Changes  in  the  geology  in  three  dimensions  will  influence  the  volume  and  velocity  of 
groundwater flows, as well as groundwater levels, directions and chemistry. The S-P-R model 
for  environmental  management  presents  a  basis  for  a  conceptual  model  of  both  the 
groundwater and surface water flow systems.  
 

 



 
Water table 
 
Figure  1:  S-P-R  Model  for  domestic  waste  water  treatment  system  with  subsurface  pathways  (permeable  subsoil)l 
(graphic sourced from the WFD Visual website, SNIFFER, 2007)1 

In  order to  fully assess  the  impact  of  a  DWWTS at  a  site  it  is  necessary to  have  a  credible 
conceptual model to determine the potential pathways underground, and to assess the risk 
to  down-gradient  receptors.  In  particular,  it  is  important  to  realise  that  a  two  dimensional 
‘plan  view’  is  not  adequate  for  assessing  the  risk  posed  by  an  existing  DWWTS,  as 
groundwater  flow  systems  consist  of  flows  in  three  dimensions  underground.    Changing 
conditions through time also need to be taken into account. 
When examining S-P-R relationships, the main questions to be considered are: 
 
Source characterisation – how significant is the potential discharge (input) from the 
DWWTS,  and  what  volume  of  wastewater  is  involved?    What  are  the  pollutants  of 
concern?  What  is  the  density  of  systems  in  the  area?    What  is  the  nature  and 
condition of these systems? 
 
Pathways analysis – how and where would the pollutants flow, and to what extent 
would  the  pollutants  be  expected  to  attenuate?  Is  there  a  hydrogeological  or 
hydrological link that can deliver a pollutant source to a nearby receptor?  
 
Receptor identification – who or what would potentially be affected?  Receptors may 
be of different types, and may be linked to a source via different pathways. Are any 
wells present nearby and down-gradient of the DWWTS? Are there any particularly 
sensitive ecosystems nearby? 
These three elements are dealt with in more detail in the following sections. 
 
                                                 
1  OSWTS  is  the  acronym  for  ‘on-site  wastewater  treatment  system’  and  can  be  used  interchangeably  with 
DWWTS. 

 



 
Water table 
 
Figure 2: S-P-R Model for domestic waste water treatment system with surface pathways (impermeable subsoil)l (graphic 
sourced from the WFD Visual website, SNIFFER, 2007) 

 
 
 

 

 
 

 

 
3  SOURCE CHARACTERISTICS 
The  pollution  source  is  characterised  by  its  location,  size,  quantity,  and  type.  Key  source 
descriptors for domestic waste water include information on its composition, discharge rate 
and resulting load to both surface water and groundwater.   
3.1  Domestic waste water quality 
The quality of domestic waste water is summarised in Table 1. The discharge from the tank 
component of  conventional  septic  tank  systems  and  secondary treatment  systems  poses a 
hazard to human health and the water environment, particularly if the waste water ponds 
on the surface or enters groundwater without adequate treatment. It is therefore essential 
that further treatment of this effluent occurs to facilitate safe disposal. 
 
Table  1:  Typical  pollutant  concentrations  that  arise  from  DWWTSs,  per  household  (after 
Ó’Súilleabháin, 2004 and Gill et al., 2005) 
 

Pollutant  
Conventional Septic 
Secondary Treatment 
Tank 
Tank 
Faecal Coliforms 
> 1 million/100ml 
> 5-10,000/100ml 
Nitrogen (mg/l N) 
30-80 
20-35 
Phosphorus (mg/l P) 
5-20 
1-5 
BOD (mg/l) 
150-500 
20-50 
Where DWWTSs are not properly located, designed, installed, operated and managed they 
pose a risk to the homeowner’s health through possible contamination of their own or their 
neighbour’s well or by resulting in effluent ponding in their gardens, thus restricting the play 
activities  of  their  children  or  pets.  In  addition  to  the  risk  posed  to  human  health, 
malfunctioning  DWWTS  also  pose  a  risk  to  our  watercourses  and  therefore  may  result  in 
impact  on  fishing,  bathing  waters  and  other  amenities.  It  is  essential  that  adequate 
treatment of this effluent occurs before safe disposal by percolation. 
Typically there are more than 1 million coliform bacteria (includes faecal coliforms)  in 100 
mls  of  effluent  from  a  septic  tank  serving  a  normal  household  while  the  drinking  water 
standard  is  zero.  Also,  in  general  a  domestic  wastewater  treatment  system  emits  0.5  kg 
phosphorous/person/year and that is enough to pollute 14.5 million litres of water. 
The  main  pollutants  in  wastewater  dealt  with  in  this  report  are  microbial  pathogens, 
phosphorus and nitrogen. 
3.1.1  Microbial pathogens 
Microbial  pathogens  are  bacteria,  viruses  and  protozoa  which  can  cause  gastro-enteritis, 
polio,  hepatitis,  meningitis  and  eye  infections,  among  others.    The  occurrence  of  faecal 
indicator organisms (FIO) such as E. coli, enterococci, streptococci and faecal coliforms, with 
the same enteric origin as other microbial pathogens, indicate whether these pathogens may 

 

 
be  present  in  waste  water.  The  drinking  water  standard  for  E.coli  and  coliform  bacteria  is 
zero. 
3.1.2  Phosphorus 
Phosphorus is the major limiting factor for plant growth in many freshwater ecosystems. The 
addition  of  phosphorus  encourages  algal  growth,  depletes  dissolved  oxygen,  causes  algal 
blooms  in  lakes  and  fish  kills  in  rivers.  Phosphorus  is  the  main  cause  of  eutrophication  in 
rivers and lakes in Ireland. 
For  the  purposes  of  this  report,  molybdate  reactive  phosphorus,  or  MRP,  which  is  often 
taken  as  a  measure  of  the  soluble  reactive  inorganic  phosphorus  in  water,  is  taken  as  the 
primary phosphorus pollutant arising from DWWTSs. 
3.1.3  Nitrogen 
The  percolation  process  converts  nitrogen  and  ammonia  from  organic  matter  almost 
entirely into nitrite and then to nitrate. Nitrate, unlike ammonium, is mobile in the ground 
and therefore is a good indicator of contamination. Reduction of nitrate concentrations in 
groundwater occurs primarily through dilution, both by recharge from rainfall and, where 
background  nitrate  concentrations  are  low,  by  groundwater.  In  certain  hydrogeological 
settings in Ireland, de-nitrification can occur (see Appendix 2). 
In  this  report,  nitrate  is  taken  as  the  main  nitrogen  pollutant,  although  in  some 
circumstances ammonium from DWWTSs also causes water pollution. 
3.2  Volumes of waste water generated by DWWTSs 
DWWTSs  accept  waste  water  from  toilets,  showers,  sinks,  wash  hand  basins,  washing 
machines  and  dishwashers.    The  greater  the  population  of  the  dwelling,  the  greater  the 
volume  of  waste  water  produced.    In  order  to  calculate  the  waste  water  capacity  for  any 
DWWTS, it is assumed that a typical daily hydraulic loading for each person is 150 litres, as 
stated in the CoP. (2009). 
3.3  Pollutant Load 
The  pollutant  load  is  derived  from  multiplying  the  hydraulic  loading  from  the  number  of 
people by the average pollutant concentrations. Further details are given in Section 6.2. 
 
 
10 
 

 
4  SURFACE AND SUBSURFACE PATHWAYS 
The pathway is the link between the source of pollution and the receptor, and can either be 
at  or  close  to  the  surface  or  underground,  or  a  combination  of  both.  Natural  vertical  and 
horizontal  pathways  for  effluent  migration  are  determined  by  the  on-site  subsurface 
geology,  particularly  the  nature  of  the  soils,  subsoils  and  underlying  aquifers.  Artificial 
pathways may include drainage ditches, land drainage pipes and stream culverts.   
4.1  Understanding and using the ‘Pathway’ concept 
Understanding  and  taking  account  of  the  pathways  through  which  pollutants  from  a  site 
move  towards  a  receptor  creates  a  3-D  conceptual  understanding  of  water  presence  and 
movement at a site and is critical to: 
  Assessing  the  link  between  domestic  waste  water  treatment  systems  (DWWTS) 
and impacts; 
  Locating critical source areas that contribute contaminant load; 
  Predicting the likelihood of an impact; 
  Describing ‘why’ there could be or has been an impact; 
  Locating any monitoring that may be required; 
  Enabling monitoring data to be understood and assessed; 
  Enabling  ‘responses’  to  the  risk  or  appropriate  ‘measures’  to  be  derived  and 
implemented. 
There  is  often  a  danger  that  the  critical  role  of  the  characteristics  of  the  ‘environmental 
pathway’ may be forgotten about, as emphases may tend to be put on 1) the system itself, 
its type and workings, and/or 2) monitoring/impact data. Encouraging greater consideration 
of the ‘pathway’ elements can prevent important factors from being missed, such as:  
  the possible role of the subsurface pathway in both attenuating pollutants and in 
transmitting pollutants to receptors, for instance, rivers and wells; and/or 
  the  role  of  hydrogeological  information/maps  in  helping  understand  ponding, 
runoff, percolation rates and in predicting impacts. 
4.2  Characteristics of surface and subsurface pathways 
The effluent that leaves a DWWTS may receive a degree of attenuation in the environment 
depending  on  the  soil/subsoil/bedrock  properties  along  the  pathway  to  the  water 
environment.  
Pathway characteristics are determined from hydrological and hydrogeological information 
accessed from various data sources, as well as site walkover surveys and site investigations. 
Key  pathway  descriptors  include  subsoil  type  and  permeability;  wet  or  dry  soil  type;  and 
aquifer type and hydraulic properties.  While slope can be a factor in certain circumstances, 
it has not been included in the methodology outlined in this report. 
11 
 

 
4.2.1  Data Availability 
Table  2  outlines  the  main  regional-scale  pathway  components  –  all  of  which  have  been 
mapped and are available in national GIS data layers – and summarises their characteristics 
and relevance.  
Table  2:  Examples  of  relevant  characteristics  of  pathways  interacting  with  wastewater 
following initial treatment, and their implications (adapted from Table 2 of WGGW, 2005a) 

Component 
Factor 
Relevant  ‘intrinsic’  Implication 
Water Receptor at 
Characteristic 
Risk 
Soil 
‘Wet’ (gley) soils 
Low permeability 
Rapid runoff 
Surface water 
 
 
 
 
‘Dry’ (brown 
Moderate/high 
Leaching of 
Groundwater and 
earth, etc.) 
permeability 
pollutants e.g. NO3  surface water 
 
 
and P 
 
 
 
 
 
‘organic’ 
Low permeability  
High % of runoff 
Surface water 
Subsoil 
2
SAND  and 
High permeability 
Leaching of 
Groundwater and 
GRAVEL 
 
pollutants e.g. NO3  surface water 
 
 
 
 
CLAY 
Low permeability 
Rapid runoff 
Surface water 
 
 
 
 
Depth to bedrock 
Bedrock at or near 
a) No protection of  Groundwater and 
(<0.6m) of the 
groundwater 
surface water 
surface 
b) rapid runoff if 
 
low permeability 
Groundwater 
‘Extreme’ and 
Rapid transit time 
High leaching 
Groundwater and 
Vulnerability 
‘High’ 
 
potential 
surface water (via 
 
 
 
groundwater) 
 
Slow vertical  
 
 
‘Low’ 
transit time and 
Minimal leaching 
Surface water 
groundwater 
potential and 
 
recharge 
often rapid runoff 
High attenuation 
Aquifer flow 
Poor aquifers 
Short underground 
High surface 
Surface water 
regime 
 
flowpaths 
drainage density 
 
 
Denitrification 
possible 
 
 
 
 
 
Regionally 
Long underground 
Low surface 
Groundwater and 
important 
flowpaths 
drainage density 
surface water (via 
aquifers 
 
 
groundwater) 
 
 
 
 
Karst aquifers 
Point recharge 
Pollutants can 
Groundwater and 
 
 
reach receptor 
surface water (via 
 
 
quickly 
groundwater) 
 
 
 
 
Sand/gravel 
Rapid infiltration 
Mobility of NO3 
Groundwater and 
aquifers 
Attenuation 
Phosphate 
surface water (via 
groundwater) 
Karstification 
Point recharge 
Presence of 
No retardation of 
Groundwater and 
swallow holes and 
contaminants 
surface water (via 
bare rock 
groundwater) 
Topography 
Slope 
Gradient 
Rate of runoff 
Surface water 
                                                 
2 See Table 3 and British Standards: BS5930 (1999) methodology. 
12 
 

 
 
The  EPA  Code  of  Practice  (EPA,  2009)  requires  that  site  suitability  assessments  are 
undertaken  prior  to  applying  for  permission  for  a  DWWTS.  This  consists  of  a  desk  study, 
visual assessment, trial hole assessment (giving subsoil type, depth to bedrock and depth to 
water table) and percolation tests (giving ‘T’ values3).  
The  GSI  have  undertaken  a  national  programme  of  mapping  groundwater  vulnerability.  As 
part  of  this  programme,  three  categories  of  subsoil  permeability  are  mapped,  as  noted  in 
Table 3. 
 
Table 3: BS5930 descriptions and permeability rates of subsoil permeability categories. 
 
Subsoil Permeability 
BS5930 Descriptions 
Permeability (m/s) 
Category 
High 
GRAVEL; sandy GRAVEL; SAND 
>10-4 
Moderate 
SAND; clayey SAND; SILT; sandy SILT; 
 
some SILT/CLAY; some sandy 
10-4- 10-8 
SILT/CLAY*  
Low 
SILT/CLAY; sandy SILT/CLAY; sandy 
<~10-8 
CLAY; CLAY*  
 
4.2.2  Attenuation 
Physical  removal  of  some  faecal  indicator  organisms  (FIOs)  and  associated  microbial 
pathogens  occurs  through  filtration.    Microbial  pathogens  are  also  removed  by 
sedimentation,  where  they  settle  out  on  soil  and  subsoil  particles;  by predation,  where 
they are consumed or broken down by other micro-organisms in the soil and subsoil; and 
by die-off, where they reach the end of their life-cycle naturally. 
Phosphorus is removed in the soil and subsoil by precipitation to mineral phosphorus and 
adsorption  to  soil  particles.    Phosphorus  will  also  be  removed  by  plant  uptake  but  this 
only happens when the discharged effluent is close to the ground surface or has ponded 
at the surface. 
Organic nitrogen removal in the soil and subsoil occurs through a number of processes.  
Initially, the organic nitrogen is mineralised to ammonium nitrogen.  Nitrification occurs 
as  ammonium  is  further  changed  by  microorganisms  to  the  nitrate  form,  and  is  then 
available to leach to groundwater.  The biological reduction of nitrate to nitrous oxide or 
nitrogen gas that escapes into the atmosphere, also known as denitrification, may occur 
in the soil, subsoil and bedrock.   
Nitrate  will also be  removed by biological  oxidation  and plant uptake,  again  only  where 
the discharged effluent is close to the surface.  When nitrate reaches the groundwater, it 
moves  freely.  Reduction  of  nitrate  concentrations  in  groundwater  may  occur,  however, 
primarily  through  dispersion  and  dilution,  although  this  depends  on  the  background 
nitrate concentrations. 
                                                 
3 The percolation rates in minutes expressed as the time for water to fall 25mm in a 300mm x 300mm square 
hole (T= time mins/25mm)– see EPA (2009) for further details. 
13 
 

 
4.3  Pathway Susceptibility 
‘Pathway  susceptibility’  is  a  measure  of  the  degree  of  attenuation  between  source  and 
receptor.  It  is  a  measure  of  the  ability  of  the  pathway  factors  to  reduce  the  impact  of  a 
pressure, in terms of: time to reach the receptor; proportion of pollutant load reaching the 
receptor; pollutant concentration level in the receptor; and duration of the pollution event.  
The  pathway  susceptibility  concept  has  been  used  previously  in  the  Irish  context  in  the 
derivation of risk matrices for groundwater in Ireland by the Working Group on Groundwater 
(2005a, b).   
In this report, the ‘pathway susceptibility’ concept has been applied specifically to discharges 
from DWWTSs. Keeping in mind the purposes of this document, only three pollutants arising 
from DWWTSs were considered – microbial pathogens, MRP and nitrate.  
Pathway  susceptibility  is  based  on  combinations  of  the  following  maps  that  capture  the 
relevant hydrogeological properties of an area: 
  Soil type; 
  Subsoil permeability; 
  Groundwater vulnerability4; and  
  Aquifer category5. 
Four categories of susceptibility are used: ‘very high’, ‘high’, ‘moderate’ and ‘low’. Generally, 
the categories of most concern are ‘very high’ and ‘high’. 
4.4  Factors influencing surface water susceptibility to contamination 
Surface water receptors are at risk where there is inadequate percolation in the ground for 
the  waste  water  arising  from  DWWTSs.    This  can  arise  from  both  poorly  constructed 
drainage fields and (more likely) from low permeability subsoil and bedrock. 
In areas where there is inadequate percolation, the combination of rainwater and DWWTS 
waste  water  can  result  in  saturation  of  the  soil  and  subsoil  and,  at  times,  in  ponding  and 
breakout  of  untreated  or  partially  treated  effluent  at  surface,  backup  of  sewage  in  pipes, 
odour issues, and the potential for insects and vermin.  In short, the effluent cannot drain 
away and this situation poses a general risk to human health and surface water, both on the 
site itself and in drains and streams around the site.   
Where wet (gleyed) soils occur and where inadequate percolation exists in subsoil layers, the 
vast  majority  of  pathway  attenuation  processes  are  limited,  as  effluent  cannot  enter  the 
subsurface  environment.    Some  attenuation  of  contaminants  does  occur  where  there  is 
ponding of discharge, but only via small amounts of nitrate and phosphorus being taken up 
by plant roots. Also, predation and die-off of pathogens can occur. In many circumstances, 
effluent enters directly into ditches and streams with no attenuation other than dilution in 
                                                 
4  Groundwater  vulnerability  is  the  term  used  to  represent  the  intrinsic  geological  and  hydrogeological 
characteristics  that  determine  the  ease  with  which  groundwater  may  be  contaminated  by  human  activities. 
Maps at 1:50,000 scale have been produced based on mapping i) subsoil permeability, ii) subsoil thickness and 
iii)  karst  features.  Further  information  can  be  obtained  in  the  Groundwater  Protection  Schemes  Report 
(DELG/EPA/GSI (1999) at the following link: www.gsi.ie . 
5  For  more  information  on  aquifer  categories,  see  the  Groundwater  Protection  Schemes  document  of 
DELG/GSI/EPA (1999). 
14 
 

 
the  surface  water  receptor.  In  other  circumstances,  ponded  effluent  may  become  flushed 
during subsequent storm flows and be mixed with other diffuse signals of pollution runoff. 
The  main  factors  influencing  inadequate  percolation  in  the  subsurface,  and  therefore  the 
susceptibility of surface water to contaminants, are: 
 
The subsoil type on the site: if an area has subsoil with a high proportion of CLAY, 
this  material  does  not  have  sufficiently  large  pore  spaces  within  to  allow  water  to 
flow through it.  CLAY is, by its very nature, a low permeability material.  Examples of 
areas  where  CLAY  subsoil  dominates  includes  the  north  central  and  northeastern 
portions of the country. 
 
The type of bedrock under the site: if soil and subsoil depth is relatively shallow and 
the bedrock is of low permeability, the rock has few significant fractures within and 
therefore  water  ‘backs-up’  in  the  subsurface  over  time,  resulting  in  a  waterlogged 
landscape  with  a  dense  network  of  streams.    Examples  include  the  uplands  of  the 
west and northwest of the country.  
 
The landscape setting: if a portion of land is in a low-lying area within the landscape, 
where the water table is close to the surface for all or part of the year, there may not 
be  enough  depth  of  ‘dry’  soil  and  subsoil  to  allow  percolation  to  occur.    Examples 
throughout Ireland occur along the floodplains of rivers, areas reclaimed from bogs, 
and other flat, low-lying portions of the landscape. 
4.5  Factors influencing groundwater susceptibility to contamination 
The  factors  influencing  the  susceptibility  of  groundwater  to  contamination  by  pollutants 
arising from DWWTSs are: 
  the thickness and permeability of the subsoil; 
  the type of soil (whether wet or dry); 
  the type of aquifer (whether bedrock or sand and gravel) and  
  whether the bedrock enables denitrification or not. 
Where  only  a  shallow  cover  of  soil/subsoil  over  bedrock  exists  on  a  site  with  an  existing 
DWWTS, elevated levels of nitrate, MRP and FIOs/pathogens in the underlying groundwater 
may result. Such cases occur where bedrock is within 1-2 m of the surface and preferential 
flowpaths in soil and subsoil take the contaminants rapidly towards groundwater below.   In 
these  areas,  the  attenuation  processes  of  filtration,  sedimentation,  cation  exchange, 
adsorption,  precipitation  and  biological  oxidation,  which  remove  contaminants  where  soil 
and subsoil treat wastewater effectively, are limited, as there is an insufficient depth of soil 
and subsoil on sites to allow them to occur effectively.   
In  cases  such  as  these,  discharge  to  ground  may  be  acceptable,  but  only  through  site 
remediation works such as the importation of suitable soil/subsoil to enable construction of 
an adequate percolation area or polishing filter.  Historically, this was not  often completed 
as  the  percolation  on-site  was  adequate  and  the  processes  which  treat  the  wastewater  in 
the subsoil before it reaches groundwater were not recognized or not taken into account.    
In some situations around Ireland where DWWTSs have been installed without an adequate 
depth of suitable subsoil to remove pathogens and molybdate reactive phosphorous by the 
processes outlined above there is little protection of groundwater. In circumstances such as 
15 
 

 
this,  a  high  density  of  DWWTSs  may  also  pose  a  threat  to  surface  water  receptors  as 
groundwater provides  a  high proportion  of  surface  water  flow  in dry  weather.  In  addition, 
pollution of nearby wells by FIOs and associated microbial pathogens can occur. 
Some rock types have high levels of pyrite and other minerals which can lead to de-nitrifying 
conditions  within  the  bedrock  itself  and  thus  natural  removal  of  nitrate  (see  Appendix  2).  
Therefore,  even  where  there  is  a  high  density  of  DWWTSs,  nitrate  concentrations  are  not 
likely to be increased significantly in these areas.  
In most areas of Ireland, however, the bedrock does not have a natural capacity to reduce 
nitrate  concentration  in  groundwater.    Consequently,  in  areas  where  there  is  adequate 
percolation,  there  may  be  small,  localized  plumes  of  relatively  high  nitrate,  particularly 
where the density of DWWTSs is high.  This scenario is especially of concern where nearby 
private  wells  are  sources  of  drinking  water,  and  where  there  are  sensitive  groundwater 
terrestrial ecosystems nearby.  
 
 
 
16 
 

 
5  CLASSIFYING PATHWAY SUSCEPTIBILITY 
5.1  Introduction 
As all effluent from DWWTSs poses a threat to human health and the environment, whether 
the  DWWTSs  are  properly  constructed  or  not,  the  key  factor  in  assessing  the  degree  of 
potential  impact  is  ‘pathway  susceptibility’.  This  Section  describes  the  considerations  that 
are  taken  into  account  when  combining  the  soils,  subsoil  permeability,  groundwater 
vulnerability and aquifer national data layers in order to derive the ‘pathway susceptibility’ 
category (i.e. ‘very high’, ‘high’, ‘moderate’ and ‘low’) for effluent from DWWTSs.  
The way in which these data layers are combined is illustrated in the ‘susceptibility matrices’ 
(Appendix  1).    By  combining  these  national  data  layers  in  a  GIS,  the  resulting  pathway 
susceptibility category can be displayed as simple, colour coded risk assessment maps. 
The  susceptibility  matrices  were  developed  in  the  context  of  two  over-arching 
environmental scenarios:  
  Inadequate  percolation,  which  may  result  in  surface  ponding  of  effluent,  bypass 
directly  to  surface  water  and  the  associated  threats  to  human  health  and  surface 
water quality, and  
  Insufficient attenuation (subsurface treatment of the effluent), which may result in 
directly  polluting  groundwater/drinking  water  supplies  (wells  and  springs),  and/or 
indirectly impacting on surface water.  
This report only considers pathway susceptibility with respect to microbial pathogens, MRP 
and nitrate. 
5.2  Inadequate percolation 
The  presence  of  inadequate  subsurface  percolation  at  any  point  in  the  landscape  is 
determined by the soil, subsoil and bedrock permeability (as indicated by aquifer category). 
The  different  scenarios  that  are  likely  to  result  in  inadequate  percolation  are  outlined  in 
Table A1, Appendix 1. The main considerations are summarised below:  
  In  areas  of  ‘extreme’  groundwater  vulnerability,  (i.e.  soil/subsoil  <3  m  thick),  the 
subsoil permeability can be very heterogeneous and therefore is not classified by the 
Geological Survey of Ireland. In these areas, the likelihood of inadequate percolation 
is determined by evaluating the aquifer type (an indication of permeability) and the 
drainage class of the topsoil, as shown in Table A1, Appendix 1.  
  Where soil/suboil is greater than 3m thick, subsoil permeability (‘high’, ‘moderate’ or 
‘low’) (see Table 3 for details) and soil types (‘wet’ or ‘dry’) determine the likelihood 
of inadequate percolation. 
  Where the percolation ‘T’ test results on a site are found to be greater than 90, the 
site is deemed to be unsuitable for discharge of treated effluent to ground owing to 
inadequate percolation.  The value of 90 means that it takes greater than 5 hours for 
water to drop 100 mm (or 4 inches) in a percolation test hole. In this situation, the 
principal  subsoil  types  recorded  in  trial  holes  are  usually  CLAY  or  SILT/CLAY.  T>90 
corresponds to a ‘low’ subsoil permeability. 
 
17 
 

 
The likelihood of inadequate percolation arising at a site is subdivided into four categories – 
low,  moderate,  high  and  very  high  (Table  A1,  Appendix  1).    Based  on  an  evaluation  of  the 
hydrogeological settings outlined in Table A1 and practical site assessment experience, the 
probability  of  finding  inadequate  percolation  or  inadequate  depth  to  water  table  within 
these categories is given in Table 4. 
Table 4: The probability of finding inadequate percolation for each susceptibility category 
Susceptibility Category  
Probability of finding inadequate 
percolation within a category 

Low 
<5% of sites.   
Moderate 
Approximately 25% of sites 
High 
Approximately 50% of sites 
Very High 
>80% of sites 
 
In  all  cases,  these  figures  represent  the  average  within  a  range.  Also,  the  mapping  scale 
(approximately 1:40,000) will not have enabled local variations to be captured.  
Groundwater discharge zones, low lying areas and areas with a low slope gradient may have 
groundwater  levels  close  to  surface  in  winter  and  may  have  water  table  constraint  issues.  
Many  of  the  wet  soils,  and  thus  areas  with  inadequate  percolation,  in  high  or  moderate 
permeability  subsoil  areas  occur  in  such  localities  and  will  therefore  indicate  such  zones, 
however,  shallow  groundwater  table  is  not  mapped  and  therefore  not  directly  included  in 
this risk assessment. 
By combining the available data layers as outlined in Table A1, Appendix 1, a national map of 
the  likelihood  of  inadequate  percolation  has  been  derived.  This  is  shown  in  Figure  3  for 
illustration purposes. The proportion of the country in each category is given in Table 5. The 
overall proportion of the country with inadequate percolation is estimated to be 39% – this 
proportion  is  derived  by  applying  the  probabilities  given  in  Table  4.  A  corresponding 
summary  for  County  Meath  is  also  presented  in  Table  6  below  as  an  example  at  a  county 
scale.    
 
Table  5:  National  summary  of  areas  within  each  susceptibility  category  and  the  overall 
likelihood of finding inadequate percolation 

Susceptibility Category 
Percentage (%) 
Overall national likelihood of 
Land Area 
Inadequate Percolation (%) 
Low 
25.8 
 
Moderate 
25.7 
 
High 
22.0 
39 
Very High 
25.2 
 
Made Ground 
1.3 
 
 
18 
 

 
Table 6: Summary of areas within each susceptibility category and the overall likelihood of 
finding inadequate percolation for County Meath 

Susceptibility 
Percentage Area (%) 
Overall likelihood of 
Category 
Inadequate Percolation 
for Co. Meath (%) 
Low 
43.7 
 
Moderate 
12.4 
 
High 
11.2 
36 
Very High 
31.4 
Made Ground 
1.3 
 
5.3  Inadequate attenuation 
5.3.1  Pathogen and molybdate reactive phosphorus contamination 
Within the scope of the data layers used for this assessment, the likelihood of pathogens or 
molybdate reactive phosphorus (MRP) reaching a groundwater or surface water receptor is 
determined by the same factors: type of aquifer (bedrock or sand and gravel); depth of soil/ 
subsoil  (as  derived  from  vulnerability  maps).  Therefore  the  pathway  susceptibility  is  the 
same for both pollutants (Table A2, Appendix 1).   
While there are four general susceptibility categories, only three relative categories apply to 
pathogen  and  MRP  susceptibility.  No  locations  were  found  to  have  a  ‘moderate’ 
susceptibility, given the mobility of pathogens and MRP, and the type of pathways that exist. 
Consequently, susceptibility is either ‘very high’ or ‘high’ where groundwater vulnerability is 
classed as ‘extreme’, and ‘low’ in all other cases, as the subsoil cover overlying the bedrock 
receptor is considered to provide sufficient protection. The map illustrating the susceptibility 
of groundwater to percolation of pathogens and MRP is shown in Figure 4. The proportion of 
the country in each category is given in Table 7. A corresponding summary for County Meath 
is also presented in Table 8 below as an example at a county scale.    
5.3.2  Nitrate contamination  
The likelihood of nitrate percolation to groundwater (Table A3, Appendix 1) is determined by 
the  bedrock  type  (whether  the  rock  will  de-nitrify  groundwater  or  not),  the  subsoil 
permeability  (allowing  nitrate  leaching  or  not),  the  soil  type  (wet  or  dry)  and  the 
groundwater  vulnerability  (extreme  or  other).    ‘De-nitrifying  bedrock’  includes  all  bedrock 
units  which  are  rich  in  pyrite,  other  metal  sulphides  and  organic  carbon  and  will  hence 
reduce nitrate levels through microbially-assisted oxidation of the electron donor minerals.  
The  bedrock  units  listed  in  Appendix  2  are  considered  to  have  the  potential  for 
denitrification. 
 
Where  wet  soil  occurs,  it  is  assumed  there  will  be  reducing  conditions  in  the  underlying 
soil/subsoil, and hence groundwater is relatively well protected from nitrate percolation.   
Three  of  the  four  susceptibility  categories  are  considered  as  sufficient  to  apply  to  nitrate 
susceptibility:  no  areas  are  classed  as  ‘high’  susceptibility  due  to  the  mobile  nature  of 
19 
 

 
nitrate. Susceptibility was considered to be ‘very high’ where dry soil and infiltration occurs 
readily,  ‘moderate’  where  de-nitrifying  bedrock  and  high  permeability  subsoils  are  in 
evidence, or ‘low’ where wet soils and all other situations overlying de-nitrifying bedrock are 
found.  The  map  illustrating  the  susceptibility  of  groundwater  to  percolation  of  nitrate  is 
given  in  Figure  5.  The  proportion  of  the  country  in  each  category  is  given  in  Table  7.  A 
corresponding summary for County Meath is also presented in Table 8 below as an example 
at a county scale.    
Table 7: National summary of areas within each category of susceptibility of groundwater 
to percolation of pathogens and MRP and to the percolation of nitrate.* 

Percentage Area for each Susceptibility Category (%) 
Percolation of 
Percolation of Nitrate 
Susceptibility Category 
Pathogens/MRP to GW (%) 
to GW (%) 
Low 
61.0 
67.8 
Moderate 
n/a 
0.7 
High 
23.1 
n/a 
Very High 
14.6 
30.3 
Made Ground 
1.3 
1.3 
*Percentages may not add to 100% due to rounding 
Table  8:  Summary  of  areas  within  each  category  of  susceptibility  of  groundwater  to 
percolation of pathogens and MRP and to the percolation of nitrate for County Meath.*
 
Percentage Area for each Susceptibility Category (%) 
Percolation of 
Percolation of Nitrate 
Susceptibility Category 
Pathogens/MRP to GW (%) 
to GW (%) 
Low 
87.1 
72.6 
Moderate 
n/a 
5.1 
High 
6.5 
n/a 
Very High 
5.2 
21.1 
Made Ground 
1.3 
1.3 
*Percentages may not add to 100% due to rounding 
 
5.4  Use of pathway susceptibility ranking maps   
The susceptibility maps are designed for general information and strategic planning usage; 
modelled  evidence  and  local  details  have  been  generalized  to  fit  the  map  scale,  which  is 
approximately  1:40,000.    As  these  geological  and  hydrogeological  settings  are  complex  in 
some areas, exceptions can be expected.   
The matrices and maps derived apply to the discharge of treated wastewater to ground from 
DWWTSs only.  They do not reflect risks associated with any other potential environmental 
issues and thus should not be used for assessments other than that intended. 
20 
 

 
5.5  Map confidence and forthcoming county maps 
The subsoil permeability map is one of the most critical datasets used for the generation of 
the map showing the likelihood of inadequate percolation, as well as the risk of high nitrates, 
and pathogens/MRP occurring in groundwater.  This map was obtained by the EPA from the 
Groundwater Section of the Geological Survey of Ireland (GSI).   
Three  counties  have  preliminary  work  completed  on  the  subsoil  permeability  across  their 
extents, and therefore have a slightly lower confidence level than all other counties depicted 
on the maps.  These are Wicklow, Laois and Kilkenny, which will have updated and revised 
subsoil permeability maps produced by the GSI in early 2013. 
21 
 


 
 
 
Figure 3:  Map  illustrating the  distribution  of  susceptibility  categories  for inadequate 
percolation.    Data  captured  at  1:40,000  scale.  
[This  map  summarises  the  relevant 
hydro(geo)logical  parameters  that  characterise  the  surface  ‘pathway’  for  water  in  the  source-pathway-
receptor framework.] 
 
22 
 


 
 
Figure  4:  Map  illustrating  the  susceptibility  of  groundwater  to  percolation  of 
pathogens  and  MRP  from  DWWTSS.    Data  captured  at  1:40,000  scale.  
[This  map 
summarises  the  relevant  hydro(geo)logical  parameters  that  characterise  the  subsurface  ‘pathway’  for 
pathogens  and  MRP  in  the  source-pathway-receptor  framework.  It  does  not  provide  any  indication  of 
likely impacts] 
 
23 
 


 
 
Figure  5:  Map  illustrating  the  susceptibility  of  groundwater  to  percolation  of  nitrate 
from  DWWTSs.    Data  captured  at  1:40,000  scale.  
[This  map  summarises  the  relevant 
hydro(geo)logical  parameters  that  characterise  the  subsurface  ‘pathway’  for  nitrate  in  the  source-
pathway-receptor framework. It does not provide any indication of likely impacts] 
24 
 



























 
6  RISK CHARACTERISATION 
6.1  Introduction 
The purpose of the approach outlined in this section is to rank the risk to human health and 
surface  water  and  groundwater  quality  from  domestic  waste  water  treatment  systems 
(DWWTSs),  as  a  means  of  apportioning  the  inspections  relative  to  the  risk  presented.  The 
general concept is represented graphically in Figure 6. 
Load to Surface 
Cumulative Load to 
RISK via 
Surface Water 
water from 
Surface Water from 
Load from individual DWWTS
Surface 
Susceptibility
individual 
multiple  DWWTS 
Pathway
DWWTS
(based on density)
Groundwater Susceptibility
Susceptibility
Load to Groundwater from 
-
Very High
High
Moderate
Low
individual DWWTS
Very High
yt
Cumulative Load to 
is
Risk to Receptor via Surface OR
Groundwater from multiple  
n
High
e
DWWTS (based on density)
D
Underground Pathway
Moderate
for individual pollutant
RISK via Subsurface 
Low
Pathway
 
Figure  6:  General  concept  for  determining  risk  from  DWWTSs  contamination  via  the 
surface or subsurface pathways 

 
The risk characterisation is based on the combination of the following elements: 
  Pollutant load from each DWWTS, derived from typical discharge concentrations and 
quantities. 
  Pathway  susceptibility,  which  includes  consideration  of  attenuation  by  physical 
process,  such  as dilution,  and  biological  and  chemical  processes.  Two  pathways  are 
considered: surface (i.e. surface water) and subsurface (i.e.  groundwater). 
  Cumulative  load  entering  the  surface  water  or  groundwater  environment  derived 
from DWWTS density and estimation of attenuation. 
  Dilution of load at the water receptor.    
  Risk ranking using estimates of predicted pollutant concentrations at the receptor. 
A more detailed graphical summary of the method proposed to estimate the risk is provided 
in Figure 7. Worked examples of the calculations are presented in Appendix 3 and Appendix 
4; the examples are simplified to some degree to demonstrate the methodology used (each 
1km2 grid is assumed to have uniform pathway susceptibility – this is not the approach taken 
in GIS processing where the pathway susceptibility at each individual DWWTS was used).  
While  the  approach  used  predictions  of  pollutant  concentrations  as  the  basis  for  the  risk 
ranking,  the  maps  are  not  intended  to  be  used  for  predicting  precise  impacts;  they  are 
intended to show relative risk on which an inspection regime can be based. 
25 
 


 
 
 
Figure 7: Outline of methodology for risk ranking 
 
6.2  Pollutant Load 
The  pollutant  load  is  derived  by  combining  typical  effluent  quantity  and  quality  from  each 
DWWTS. 
The  average  inputs  of  pathogens,  MRP  and  nitrate  from  an  individual  septic  tank,  prior  to 
treatment in the subsoil or polishing filter, are given in Table 10. These data can enable an 
estimate of the pollutant load produced in an area to be calculated by multiplication of the 
values by the number of systems present there.  
6.3  Pathway Attenuation 
The pollutant load to water may be reduced by amounts that depend on the various factors 
that have been described in Section 5.3 on pathway susceptibility to attenuation. In general 
terms,  the  higher  the  category  of  pathway  susceptibility,  the  lower  the  degree  of 
attenuation and the greater the likelihood that contaminants will enter water. 
It should be noted that the risk ranking for MRP also reflects the risk ranking for microbial 
pathogens, and therefore the risk to human health.   
 
26 
 

 
Table 10: Data sources for the calculation of overall load 
Input Parameter 
Input Value 
Data Source 
Pathogen Load (E. Coli
5,000 -1 million per 100 ml  
Gill et al. TCD Research 
Phosphate  Load  in  kg  per  Person/year   0.56 
Gill et al. TCD Research 
(in liquid discharge leaving Septic Tank) 
Nitrate  Load  in  kg  per  Person/year    (in  2.77 
Gill et al. TCD Research 
liquid discharge leaving Septic Tank) 
Persons Per House 
2.8 
CSO data 
GIS  layer  created  for  DWWTS 
Density of Systems 
Variable 
locations 
based 
on 
use 
of 
Geodirectory and unsewered areas 
 
6.3.1  Surface pathway 
Where  discharges  cannot  infiltrate  underground  in  areas  of  inadequate  percolation,  many 
systems  are  either  piped  directly  to  ditches  and/or  streams,  or  ponding  and  overflow  into 
ditches  and/or  streams  occurs.  The  inadequate  percolation  map  is  used  as  the  basis  for 
calculating the pollutant quantity that may either pond or is piped to surface water.  Using 
Table 4, 80% of the initial pollutant load is estimated to be present at the surface or piped 
away  directly  to  drains  and/or  streams  where  the  likelihood  of  inadequate  percolation  is 
‘very high’, whereas this estimate is only 5% where the likelihood of inadequate percolation 
is  ‘low’.    All  effluent  not  directed  to  surface  water  is  assumed  to  move  via  the  subsurface 
pathway noted below and attenuated accordingly. 
Where  effluent  ponds  or  is  piped  to  ditches/streams,  it  is  likely  that  there  will  be  some 
removal  of MRP  and  nitrogen,  for  instance  uptake  by plants  growing  in the ponded  areas, 
attenuation as a proportion of the effluent moves through the topsoil or some percolation in 
dry  weather.  An  arbitrary  pollutant  reduction  factor  of  25%  is  taken  to  account  for  a  best 
estimate attenuation in the immediate vicinity of the percolation area. Evidence from future 
research will be used to refine the risk methodology. 
Table 11 summarises the factors used in estimating the pollutant load entering surface water 
via the surface pathway from each DWWTS in any area.  
6.3.2  Subsurface pathway 
The  factors  applied  to  enable  an  estimation  of  attenuation  in  the  geological  materials  as 
discharged effluent percolates underground are given in Table 12.  Therefore, it is assumed, 
for  instance,  that  where  the  susceptibility  of  groundwater  to  percolation  of  microbial 
pathogens  and  MRP  is  ‘low’,  no  pathogens  or  MRP  will  reach  groundwater.  Where  the 
susceptibility is  high  (see  Table  A2 for physical setting),  it  is  assumed  that the  effluent  will 
percolate  through  at  least  1  m  of  subsoil,  with  a  consequent  significant  reduction  of  MRP 
                                                 
6 Compares with SRP loads cited by Withers et al. (2011) of 0.38 kg/yr in and 0.44 kg/yr in Britain and Northern 
Ireland, respectively. 
7 Compares with total dissolved nitrogen loads cited by Withers et al. (2011) of 2-4 kg/yr in the USA, UK and 
Netherlands. 
27 
 

 
concentration (this is based on research by Gill et al (2009)). Where the susceptibility is very 
high, little attenuation of MRP is considered to occur. 
With  regard  to  nitrate,  significant  attenuation  in  the  biomat  is  assumed  to  occur;  this 
reduces the loading proportions given in Table 12. 
Table 11: Factors applied to estimate contaminant load from individual DWWTS reaching 
surface water by the surface pathway 

Surface Water Pathway 
Input Value 
Data 
Comment 
Source 
% of Load leaving 
 
Septic Tank that will 
 
 
reach receptor8 
LOW Susceptibility 

These figures relate to the 
likelihood of finding 
MODERATE Susceptibility 
25 
inadequate depth to water 
Risk 
HIGH Susceptibility 
50 
table or inadequate 
Matrices 
percolation as noted in 
Table 4 
VERY HIGH Susceptibility 
80 
 
Second factor applied for reduction in overland flow 
This is a best estimate – 
75 
some DWWTSs will be 
piped directly to streams 
 
Overland  Flow  (Pathogens/MRP  and 
with 100% of load reaching 
Estimate 
Nitrate) 
(% of Load that will 
surface water; in other 
NOT be removed in 
scenarios attenuation may 
overland flow) 
occur during ponding, re-
infiltration etc.   
 
6.4  Estimating Cumulative Load and Resultant Concentration 
For  each  1  km  grid  square,  the  load  of  pollutants  calculated to  reach the  surface  water  or 
groundwater  receptor  via  the  surface  or  underground  pathways  from  individual  DWWTSs 
were  summed  to  estimate  the  cumulative  load.  Dilution  of  the  cumulative  load  in  the 
environment  was  then  applied  to  derive  an  estimated  concentration.  The  method  is 
described below.     
6.4.1  Cumulative Load 
The  density  of  DWWTSs  used  to  calculate  cumulative  load  was  derived  by  combining 
information derived from the An Post’s Geodirectory and the sewered areas as recorded by 
WRBD  (2008).  In  the  unsewered  areas,  it  is  assumed  that  all  houses  use  DWWTSs.    The 
accuracy of the un-sewered areas used in the methodology outlined in this report will need 
to  be  verified  at  a  local  level  by  the  Water  Services  Authorities  when  implementing  the 
National Inspection Plan.    
                                                 
8 Percentages will be a range, with the values averaged here. 
28 
 

 
A map illustrating the density of  systems in unsewered areas in County Meath is shown in 
Figure 8 on page 31. 
 
Table 12: Factors applied to estimate contaminant load from individual DWWTS reaching 
groundwater 

Groundwater Pathway 
Input Value 
Data Source 
Comment 
 
% of Load leaving 
Septic Tank that will   
 
reach receptor 
LOW Susceptibility for 
 

MRP/Pathogens 
Guidance on the 
No MRP or pathogens 
Authorisation of 
HIGH Susceptibility for 
to groundwater at 
10 
Discharges to 
MRP/Pathogens 
LOW Susceptibility 
Groundwater 9 
VERY HIGH Susceptibility for 
 
 
90 
MRP/Pathogens 
 
Note - these 
 
 
figures apply 
For Nitrate it is 
only to 
assumed that at least 
LOW Susceptibility for Nitrate 
10 
conventional 
70% reduction in the 
MODERATE Susceptibility for 
15 
septic tanks.   
biomat giving 
Nitrate 
maximum input value 
 
of 30% 
VERY HIGH Susceptibility for Nitrate 
30 
 
6.4.2  Dilution 
Once  contaminants  reach  a  water  receptor,  further  attenuation  will  occur  due  to  dilution. 
The main factor determining the degree of dilution of the contaminant load in groundwater 
and surface water is the estimated effective rainfall at each locality.  The approach taken to 
estimate the degree of dilution is outlined in Table 13.  
With regard to groundwater, the quantity of water in an area providing dilution is derived 
from  the  GSI  recharge  map.  The  average  annual  recharge  for  each  locality  is  regarded  as 
adequate for the purposes of this risk ranking procedure.  
DWWTSs  are  likely  to  have  a  greater  impact  on  surface  water  during  low  flow  conditions 
than  at  other  flow  conditions  (Macintosh  et  al,  2011).  This  is  due  to  the  lower  dilution 
capacity  (and  thus  higher  resultant  concentration)  at  these  times.    A  low  flow  reduction 
factor  can  be  applied  to  the  average  flow  volume  in  an  attempt  to  account  for  low  flow 
conditions. Q90/Q50 is a ratio which is often used as an index of baseflow contribution. In 
this case an estimation of Q90/Q50 of 0.22 was applied nationally to average flow to give an 
estimation  of  low  flow  conditions.  The  value  of  0.22  10  was  taken  as  an  approximate  mid-
range value of the Q90/Q50 that might be expected in Irish conditions.  
 
                                                 
9 This document can be downloaded from the EPA Website, http://www.epa.ie/whatwedo/advice/wat/ 
guidegw/dischgw/  
10 Median of Q90/Q50 from EPA’s hydrotool for estimation of flow for ungauged catchments 
29 
 

 
Table 13: Model values used to calculate the volume of water to dilute the nutrient load   
 Receptor 
Field 
Input Value 
Data Source 
Comment 
Effective 
Rainfall 
Effective Rainfall  
Variable  
  
(mm/yr) 
GIS Layer 
Median of Q90/Q50 from 
Surface water 
EPA’s tool for estimation of 
Low Flow factor  
Variable  
Hydrotool Output 
flow for ungauged 
catchments - 0.22 was used 
in these calculations 
Bedrock recharge 
Recharge GIS 
Groundwater   Recharge (mm/yr) 
Variable 
acceptance capacity limit 
Layer11  
was not used 
 
6.5  Risk Ranking 
The final step in deriving relative risk maps involves calculating the resulting concentrations 
of MRP and nitrate entering water from DWWTSs for each 1 km2 area.  
It should be noted that the MRP map also reflects the likely presence of microbial pathogens 
in both surface water and groundwater, and therefore the risk to human health. 
In  the  case  of  MRP,  where  the  predicted  resulting  concentration  in  either  surface  water 
(during  arbitrary  baseflow  conditions)  or  groundwater  is  greater  than  0.035  mg/l  P  –  the 
environmental quality standard (EQS) that forms the boundary between good and moderate 
status  river  water  bodies  (DEHLG,  2009)  –  a  ranking  of  ‘very  high’  is  given.  The  ‘high’ 
category  for  MRP  is  based  on  the  EQS  that  forms  the  boundary  between  high  and  good 
status river water bodies (0.025 mg/l P) (see Table 14). 
In  the  case  of  nitrate,  the  categories  are  based  on  boundaries  used  by  the  European 
Environment Agency for cross European comparison (EPA, 2010) (see Table 14).  
Table  14:  Molybdate  Reactive  Phosphorus  and  nitrate  concentrations  used  in  deriving 
surface pathway and subsurface pathway risk ranking 

Risk Ranking 
  
Low 
Medium 
High 
Very High 
Likely 
MRP 
Impact  <0.015 
0.015-0.025 
0.025-0.035 
>0.035 
(concentration mg/l P) 
Likely Nitrate Impact  
<2 
2-3.6 
3.6-5.6 
>5.6 
(concentration mg/l N) 
 
The  MRP  and  nitrate  risk  ranking  for  groundwater  as  a  receptor  is  the  same  as  for  the 
surface water receptor as it is based on the concentration of nutrients in groundwater that is 
delivered to surface water.  
                                                 
11 The GSI provided both the effective rainfall and recharge maps. 
30 
 

 
While  the  approach  outlined  here  uses  results  from  the  prediction  of  pollutant 
concentrations, the  maps  are not  intended to be  used for predicting  precise  impacts; they 
are intended to show relative risk on which an inspection regime can be based. 
 
6.6  Results of Risk Ranking Process 
The results are available in GIS data layers produced by the Informatics and GIS Section of 
EPA and will be offered to each local authority12.  
The following maps for County Meath have been produced to illustrate the results that arise 
from this process: 
Figure 
Receptor 
Pollutant 
Pathway 

Surface water 
Microbial pathogens and MRP 
Surface 
10 
Groundwater 
Microbial pathogens and MRP 
Underground 
11 
Surface water 
Nitrate 
Surface 
12 
Groundwater 
Nitrate 
Underground 
 
The percentage areas in each relative risk category for County Meath and nationally for the 
following are given in Tables 15 and 16, respectively: 
  Relative  risk  of  ponding  and  pollution  of  streams  by  MRP  and  pathogens  via  the 
surface pathway due to inadequate percolation. 
  Relative  risk  of  pollution  of  streams  and  wells  by  MRP  and  pathogens  via  the 
subsurface pathway due to inadequate attenuation. 
  Relative  risk  of  pollution  of  streams  by  nitrogen  via  the  surface  pathway  due  to 
inadequate percolation. 
  Relative risk of pollution of streams and wells by nitrogen via the subsurface pathway 
due to inadequate attenuation. 
These four categories are given for the following reasons: 
1.  The  subdivision  into  surface  and  subsurface  pathways  may  influence  the  approach 
taken to site inspections, particularly the visual assessments. 
2.  The subdivision based on pollutant type enables a better understanding of the threat 
posed to human health and the environment. 
 
                                                 
12 The maps have been produced at a 1:40,000 scale.  Further enlargement would potentially be misleading as 
the  spatial  resolution  of  the  underlying  data  is  insufficient  to  show  detail  beyond  this  scale.    The  maps  are 
intended  as  a  guide  as  to  where  issues  are  most  likely  to  occur  with  respect  to  inadequate  percolation  or 
susceptibility of groundwater to the occurrence of pathogens/MRP or nitrate across the Irish landscape, with 
respect  to  existing  DWWTSs.  The  depicted  boundaries  and  interpretations  derived  from  the  maps  do  not 
eliminate the need for on-site sampling, testing, and detailed study of specific sites.  
 
31 
 

 
Table 15: Percentage areas in the different relative risk categories for County Meath* 
Relative risk 
MRP & Pathogens 
Nitrate 
category 
Streams via 
Streams and wells via 
Streams via surface 
Streams and wells via 
surface pathway 
subsurface pathway 
pathway 
subsurface pathway 
Low 
50.7 
86.8 
95.3 
95.9 
Moderate 
10.0 
3.5 
0.4 
0.1 
High 
6.8 
2.0 
0.1 
0.2 
Very High 
28.9 
4.0 
0.5 
0.1 
Area Sewered 
3.7 
3.7 
3.7 
3.7 
*Percentages may not add to 100% due to rounding 
 
Table 16: Percentage areas in the different relative risk categories nationally* 
Relative risk 
MRP & Pathogens 
Nitrate 
category 
Streams via 
Streams and wells via 
Streams via surface 
Streams and wells via 
surface pathway 
subsurface pathway 
pathway 
subsurface pathway 
Low 
63.1 
89.0 
97.3 
97.6 
Moderate 
10.5 
4.1 
0.2 
<0.1 
High 
6.4 
1.9 
<0.1 
<0.1 
Very High 
17.8 
2.8 
0.1 
<0.1 
Area Sewered 
2.3 
2.3 
2.3 
2.3 
*Percentages may not add to 100% due to rounding 
 
Two national maps – Figures 13 and 14 – illustrate the relative risk of ponding and pollution 
of  water  by  MRP  and  pathogens  via  surface  and  subsurface  pathways,  respectively.  In 
general, the ‘very high’ risk ranking category coincides with areas where there is a relatively 
high density of DWWTSs and either a high likelihood of inadequate percolation or extreme 
groundwater vulnerability. 
6.7  Next Steps 
The  output  from  the  Risk  Based  Methodology  will  be  used  in  developing  the  National 
Inspection Plan and in proposing the level of inspection, based on risk.  Detailed criteria for 
site selection, which take account of sensitive receptors, have been being developed for use 
in conjunction with the Risk Based Methodology. This will assist Water Service Authorities in 
identifying  areas  to  focus  inspections  and  achieve  the  maximum  outcome  for  the 
environment.  
 
 
 
 
32 
 



 
 
Figure 8: Map of housing density across County Meath 
 
Figure  9:  Relative  risk  of  water  pollution  (streams)  from  MRP  and  pathogens  in  DWWTS 
waste water via the surface pathway in County Meath 

33 
 



 
 
Figure 10: Relative risk of water pollution (streams and wells) from MRP and pathogens in 
DWWTS waste water via the subsurface pathway in County Meath 

Figure 11: Relative risk of water pollution (streams) from nitrogen in DWWTS waste water 
via the surface pathway in County Meath 

 
34 
 


 
 
Figure  12:  Relative  risk  of  water  pollution  (streams  and  wells)  from  nitrogen  in  DWWTS 
waste water via the subsurface pathway 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 
 


 
 
Figure 13: Relative risk of water pollution (streams) from MRP and pathogens in DWWTS 
waste water via the surface pathway 

 
36 
 


 
 
Figure 14: Relative risk of water pollution (streams and wells) from MRP and pathogens in 
DWWTS waste water via the subsurface pathway 

 
37 
 

 
 
 
38 
 

 
7  SUMMARY AND CONCLUSIONS 
 
The aim of this report is to set out a methodology to enable the EPA to adopt a risk-
based approach to organising inspections of DWWTSs, whereby the level of inspection 
will be proportionate to the risk posed to human health and the environment. 
 
The development of the methodology was influenced by: 
 
the data and map information available as GIS datasets; 
 
the  current  understanding  of  the  hydrological  and  hydrogeological  settings 
present in Ireland; 
 
results of research undertaken in Ireland. 
 
The  methodology  is  based  on  the  source-pathway-receptor  (S-P-R)  model  for 
environmental management. 
 
DWWTSs  located,  constructed  and  installed  in  accordance  with  the  best  practice 
guidance generally provide adequate treatment and disposal of domestic waste water. 
However there are areas where the percolation characteristics are problematical due 
to the hydrogeology  – the properties of the soils, subsoils and bedrock  – resulting in 
inadequate percolation or over rapid percolation. The methodology uses the available 
information to locate these areas. 
 
The risk ranking outcome is based on calculating the concentration of two pollutants – 
MRP  and  nitrate  –  in  both  surface  water  and  groundwater  arising  from  existing 
DWWTSs.  
 
The  results  for  MRP  are  considered  to  reflect  the  likely  presence  of  microbial 
pathogens  and  therefore  the  risk  to  human  health  from  waste  water  that  has  not 
percolated underground. 
 
The  approach  uses  a  1 km2  area  as  appropriate  to  evaluating  likely  impacts  from 
DWWTSs. 
 
The  calculations  take  account  of  housing  density,  attenuation  in  both  surface  and 
subsurface  pathways,  dilution  at  the  water  receptor  and  predicted  concentrations  of 
pollutants in the water receptor. 
 
Four categories of risk are used: low, medium, high and very high.  
 
The results indicate that: 
 
A  substantial  proportion  of  the  country  is  problematical  with  regard  to 
percolation characteristics. 
 
The  risk  to  human  health  from  DWWTS  waste  water  is  significantly  higher  in 
areas  with  a  high  housing  density  and  inadequate  percolation;  and/or  where 
there are private wells in vulnerable areas. 
  MRP  is  the  main  pollutant  posing  a  threat  to  the  environment,  particularly  to 
surface  water,  either  where  there  is  inadequate  percolation  or  where  there  is 
inadequate  attenuation  prior  to  entry  of  waste  water  into  bedrock  aquifers, 
particularly  karstified  (cavernous  limestone)  aquifers.  While  the  cumulative 
pollutant  load  arising  from  DWWTSs  will  be  insignificant  compared  to  urban 
waste  water  treatment  systems  and  agriculture  at  river  basin  scale,  it  can  be 
significant in certain physical settings at small catchment scale.  
 
The  next  stage  in  the  National  Inspection  Plan  will  be  to  apportion  the  level  of 
inspections  based  on  the  risk  ranking  outcome.  While  this  will  be  the  main  basis, 
39 
 

 
account  will  be  taken  of  sensitive  receptors  and  the  possibility  of  inadequate  design 
and  maintenance  of  systems  in  areas  generally  suitable  for  DWWTSs,  and  random 
inspections will be undertaken.  
 
 
 
40 
 

 
8  GLOSSARY 
Aquifer  

 
A  subsurface  layer  or  layers  of  rock,  or  other  geological  strata,  of  sufficient  porosity  and 
permeability  to  allow  either  a  significant  flow  of  groundwater  or  the  abstraction  of 
significant quantities of groundwater (Groundwater Regulations, 2010).  
 
Attenuation 

 
A  decrease  in  pollutant  concentrations,  flux,  or  toxicity  as  a  function  of  physical,  chemical 
and/or biological processes, individually or in combination, in the subsurface environment.  
Attenuation  processes  include  dilution,  dispersion,  filtration,  sorption,  decay,  and 
retardation.  
 
Biomat 
A  biologically  active  layer  that  covers  the  bottom  and  sides  of  percolation  trenches  and 
penetrates a short distance in the percolation soil. It includes complex bacterial saccharides 
and accumulates organic substances as well as micro-organisms. 
 
Conceptual Hydrogeological Model   
A  simplified  representation  or  working description  of how  a  real  hydrogeological  system  is 
believed  to  behave  on  the  basis  of  qualitative  analysis  of  desk  study  information,  field 
observations  and  field  data.  A  quantitative  conceptual  model  includes  preliminary 
calculations of water balances, including groundwater flow. 
 
Diffuse Sources  
Diffuse  sources  of  pollution  are  spread  over  wider  geographical  areas  rather  than  at 
individual  point  locations.  Diffuse  sources  include  general  land  use  activities  and 
landspreading  of  industrial,  municipal  wastes  and  agricultural  organic  and  inorganic 
fertilisers. 
 
Domestic Waste Water  
Waste  water  of  a  composition  and  concentration  (biological  and  chemical)  normally 
discharged  by  a  household,  and  which  originates  predominantly  from  the  human 
metabolism  or  from  day  to  day  domestic  type  human  activities,  including  washing  and 
sanitation,  but  does  not  include  fats,  oils,  grease  or  food  particles  discharged  from  a 
premises in the course of, or in preparation for, providing a related service or carrying on a 
related trade. (Water Services Act, 2007).  
 
Domestic Waste Water Treatment Systems (DWWTS) 
Domestic  waste  water  treatment  system  means  a  system  involving  physical,  chemical, 
biological  or  thermal  processes,  or  a  combination  of  such  processes,  utilised  for  the 
treatment or disposal of domestic waste water, or the sludge derived from domestic waste 
water, and includes: 
(a)  all  septic  tanks  and  waste  water  tanks  and  systems  receiving,  storing,  treating  or 
disposing of domestic waste water and all drains associated with such tanks or systems, and 
(b)  all  drains  associated  with  the  discharge  of  domestic  waste  water,  whether  or  not  they 
discharge  to  a  septic  tank  or  waste  water  tank  (i.e.  including  percolation  area  or  polishing 
filter) 
41 
 

 
 
Down-gradient  
The direction of decreasing groundwater levels, i.e. flow direction. Opposite of up-gradient.  
 
Groundwater 
All  water  which  is  below  the  surface  of  the  ground  in  the  saturation  zone  and  in  direct 
contact with the ground or subsoil (Groundwater Regulations, 2010). 
 
Groundwater Dependent Terrestrial Ecosystems (GWDTEs) 
These  are  groundwater  dependent  wetlands,  whereby  the  dependency  is  either  on 
groundwater  flow,  level  or  chemistry  as  the  controlling  factors  or  qualifying  interests  of 
associated  habitats.  Examples  are  raised  bogs,  alkaline  fens  and  turloughs.  Groundwater 
dependent  terrestrial  ecosystems  are  listed  on  the  EPA’s  register  of  protected  areas  in 
accordance with Regulation 8 of the Water Policy Regulations, 2003. 
 
Groundwater Protection Scheme (GWPS) 
A  scheme  comprising  two  principal  components:  a  land  surface  zoning  map  which 
encompasses  the  hydrogeological  elements  of  risk  (of  pollution);  and  a  groundwater 
protection  response  matrix  for  different  potentially  polluting  activities  (DELG/EPA/GSI, 
1999). 
 
Groundwater Recharge  
Two definitions: a) the process of rainwater or surface water infiltrating to the groundwater 
table; b) the volume (amount) of water added to a groundwater system.  
 
Groundwater Resource  
An  aquifer  capable  of  providing  a  groundwater  supply  of  more  than  10 m3  a  day  as  an 
average or serving more than 50 persons. 
 
Hydraulic Gradient 
The change in total head of water with distance; the slope of the groundwater table or the 
piezometric surface.  
 
Karst  
A distinctive landform characterised by features such as surface collapses, sinking streams, 
swallow holes, caves, turloughs and dry valleys, and  a distinctive groundwater flow regime 
where drainage is largely underground in solutionally enlarged fissures and conduits.  
 
On-site Waste Water Treatment Systems (OSWTSs) 
A generic term for small-scale waste water treatment systems associated with single houses 
and small communities or facilities, and mostly associated with septic tanks and intermittent 
filter systems offering secondary treatment of raw waste water effluent.  
 
Pathway 
The route which a particle of water and/or chemical or biological substance takes through 
the environment from a source to a receptor location. Pathways are determined by natural 
hydrogeological  characteristics  and  the  nature  of  the  contaminant,  but  can  also  be 
influenced  by  the  presence  of  features  resulting  from  human  activities  (e.g.,  abandoned 
42 
 

 
ungrouted boreholes which can direct surface water and associated pollutants preferentially 
to groundwater).  
 
Percolation 
The movement and filtering of fluids through porous materials; with regard to DWWTSs this 
refers to the movement and filtering through soil and/or subsoil. 
 
Permeability  
A measure of a soil or rock’s ability or capacity to transmit water under a potential hydraulic 
gradient (synonymous with hydraulic conductivity).  
 
Point Source 

 
Any  discernible,  confined  or  discrete  conveyance  from  which  pollutants  are  or  may  be 
discharged.  These  may  exist  in  the  form  of  pipes,  ditches,  channels,  tunnels,  conduits, 
containers,  and  sheds,  or  may  exist  as  distinct  percolation  areas,  integrated  constructed 
wetlands,  or  other  surface  application  of  pollutants  at  individual  locations.  Examples  are 
discharges from waste water works and effluent discharges from industry.  
 
Pollution  

 
The direct or indirect introduction, as a result of human activity, of substances or heat into 
the  air,  water  or  land  which  may  be  harmful  to  human  health  or  the  quality  of  aquatic 
ecosystems or terrestrial ecosystems directly depending on aquatic ecosystems which result 
in  damage  to  material  property,  or  which  impair  or  interfere  with  amenities  and  other 
legitimate uses of the environment (Groundwater Regulations, 2010). 
 
Poorly Productive Aquifers (PPAs)   
Low-yielding bedrock aquifers that are generally not regarded as important sources of water 
for  public  water  supply  but  that  nonetheless  may  be  important  in  terms  of  providing 
domestic  and  small  community  water  supplies  and  of  delivering  water  and  associated 
pollutants to rivers and lakes via shallow groundwater pathways.  
 
Population Equivalent (p.e.) 
 
A  conversion  value  which  aims  at  evaluating  non-domestic  pollution  in  reference  to 
domestic  pollution  fixed  by  EEC  directive  (Urban  Waste  Water  Treatment  Directive 
91/271/EEC) at 60 g/day BOD. 
 
Preferential Flow 

 
A  generic  term  used  to  describe  water  movement  along  favoured  pathways  through  a 
geological medium, bypassing other parts of the medium. Examples include pores formed by 
soil fauna, plant root channels, weathering cracks, fissures and/or fractures. 
 
Receptors  
Receptors are existing and potential future groundwater resources, drinking water supplies 
(e.g. springs and abstraction wells), surface water bodies into which groundwater discharges 
(e.g. streams) and groundwater dependent terrestrial ecosystems (GWDTEs). 
 
River Basin  

 
43 
 

 
The area of land from which all surface water run-off flows, through a sequence of streams, 
rivers and lakes, into the sea at a single river mouth, estuary or delta. 
 
River Basin District (RBD) 

 
 
 
A group of river basins formally defined by Water Policy (2003) for the purposes of reporting 
Water Framework Directive requirements to the European Commission. 
 
Saturated Zone  

 
The zone below the water table in an aquifer in which all pores and fissures and fractures are 
filled with water at a pressure that is greater than atmospheric.  
 
 
Soil (topsoil)   

 
 
 
The uppermost layer of the earth in which plants grow and which is capable of supporting 
life. 
 
Source Pathway Receptor (SPR) Model  

 
A  SPR  model  involves  identifying  whether  and  how  pollution  sources  are  connected  to  a 
receptor  via  a  pathway.  A  conceptual  model  provides  an  understanding  of  all  the 
relationships between SPR factors in a particular hydrogeological setting. 
 
Subsoil  

 
 
 
 
 
Unlithified  (uncemented)  geological  strata  or  materials  beneath  the  topsoil  and  above 
bedrock. 
 
Surface Water 
An element of water on the land’s surface such as a lake, reservoir, stream, river or canal. 
Can also be part of transitional or coastal waters. (Surface Waters Regulations, 2009.). 
 
UK TAG 

 
The  United  Kingdom  Technical  Advisory  Group,  a  partnership  of  UK  environment  and 
conservation  agencies  set  up  to  interpret  and  support  the  implementation  of  the  Water 
Framework Directive. The EPA is an invited member of the UK TAG. 
 
Unsaturated Zone  

 
The  zone  between  the  land  surface  and  the  water  table,  in  which  pores,  fractures  and 
fissures are only partially filled with water. Also known as the vadose zone. 
 
Vulnerability  

 
The  intrinsic  geological  and  hydrogeological  characteristics  that  determine  the  ease  with 
which groundwater may be contaminated by human activities (Fitzsimmons et al, 2003). 
 
Water Table  

 
The uppermost level of saturation in an aquifer at which the pressure is atmospheric. 
 
 
44 
 

 
9  REFERENCES 
Analysis of Pressures and Impacts (IMPRESS) (2002). The key implementation requirements 
of the Water Framework Directive. Policy Summary to the Guidance Document. Fifth Draft, 
October 2002. 
 
Black, J. (2008) Risk-based Regulation: Choices, Practices and Lessons Being Learned. OECD 
Conference Centre 1-2 December, 2008. 
 
British Standards (1999). Code of Practice for Site Investigations BS5930. As amended. 
 
Daly,  D.  (2006).  Site  suitability for  on-site  wastewater  treatment  systems  –  the  role  of  the 
water table. Groundwater Newsletter No. 45. Geological Survey of Ireland. 
 
DELG/EPA/GSI (1999). Groundwater Protection Schemes. Document prepared jointly by the 
Geological  Survey  of  Ireland  (GSI),  the  Environmental  Protection  Agency,  and  the 
Department  of  Environment,  Heritage  and  Local  Government.  Available  on  the  www.gsi.ie 
website. 
 
DEHLG, 2009. European Communities environmental objectives (surface waters) regulations. 
S.I. No. 272 of 2009. Department of Environment, Heritage and Local Government. 
 
EN12566-3  (2005).    Small  wastewater  treatment  systems  for  up  to  50  PT.    European 
Standards Organisation (CEN), Brussels, Belgium. 
EPA  (1999).  Waste  water  Treatment  Manual  - Treatment  for  Small  Communities,  Business, 
Leisure Centres and Hotels. 
 
EPA (2003). Towards Setting Guideline Values for the Protection of Groundwater in Ireland. 
Interim Report. 
 
EPA (2009). Code of Practice: Waste Water Treatment and Disposal Systems serving Single 
Houses (p.e. <10). Available on the www.epa.ie website.  
 
EPA (2010). Water Quality in Ireland 2007–2009. McGarrigle, M., Lucey, J. and Ó Cinneide, M 
(Eds), 2010. EPA, Wexford. 
 
EPA (2011).  Guidance on the Authorisation of Discharges to Groundwater.  129 pp. 
 
Fitzsimons,  V.,  Daly,  D.  and  Deakin,  J.  (2003).  Draft  GSI  guidelines  for  assessment  and 
mapping  of  groundwater  vulnerability  to  contamination.  Groundwater  Section,  Geological 
Survey of Ireland. 
 
Gill, L.W., O’Luanaigh, N., Johnston, P.M., Misstear, B.D.R, O`Suilleabhain, C. (2009). Nutrient 
loading on subsoils from on-site wastewater effluent, comparing septic tank and secondary 
treatment systems. Water Research 43, 2739-2749. 
 
Gill,  L.,  O'Luanaigh,  N,  Patel,  T.,  Misstear,  B.  and  Johnston,  P  (2009).  On-site  waste  water 
treatment:  investigation  of  rapid  percolating  subsoils,  reed  beds  and  effluent  distribution. 
Final Report for project 2005-MS-15 ERTDI. Prepared for the Environment Protection Agency 
by The Environmental Engineering Group, TCD. 
 
Gill,  L.,  Johnston,  P.,  Misstear,  B.,  O'Luanaigh,  N.  and  Patel,  T.  (2008).  On-site  waste  water 
treatment:  investigation  of  rapid  percolating  subsoils,  reed  beds  and  effluent  distribution. 
45 
 

 
Final Report for project 2005-MS-15 ERTDI. Prepared for the Environment Protection Agency 
by The Environmental Engineering Group, TCD. 
 
Gill, L. (2006). Expert assistance for assessment of percolation test methods and wastewater 
treatment effluent characteristics: Final Report. Prepared for the Environmental Protection 
Agency. 2006.  
 
Gill,  L.,  Ó  Súilleabháin,  C.,  Johnston,  P.  and  Misstear,  B.  (2005).  An  investigation  into  the 
performance of subsoils and stratified sand filters for the treatment of waste water from on-
site  systems.  (2001-MS-15-M1)  Synthesis  Report.  Prepared  for  EPA  by  The  Environmental 
Engineering Group, TCD.  
 
GSI 
(2006). 
Criteria 
used 
in 
aquifer 
classification. 
Available 
from 
http://www.gsi.ie/Programmes/Groundwater/Aquifer+Classification.htm. 
 
Lynott, D., O’Leary, G. (2011) A strategic approach to managing risk and delivering outcomes 
through environmental enforcement. http://inece.org/conference/9/confproceedings/ 
 
Macintosh  K.A.,  Jordan,  P.,  Cassidy,  R.,  Arnscheidt,  J.  and  Ward,  C.,  2011.  Low  flow  water 
quality in rivers; septic tank systems and high-resolution phosphorus signals.  Science of the 
Total Environment, 15, 412-413, 58-65. 
 
National Standards Authority of Ireland (1991).  Septic Tank Systems - Recommendations for 
Domestic Effluent Disposal from a Single Dwelling House, SR 6: 1991.  Eolas, Dublin 30pp. 
 
O'Suilleabháin, C., (2000). Assessing the boundary between high and moderately permeable 
subsoils.  Unpublished  MSc.,.  University  of  Dublin.  Department  of  Civil,  Structural  and 
Environmental Engineering, Trinity College Dublin. 
 
Ó  Súilleabhaín,  C.  (2004).  The  Attenuation  Capacity  of  Subsoils  Receiving  Domestic 
Wastewater  Effluent.  PhD  Dissertation,  Department  of  Civil,  Structural  and  Environmental 
Engineering, Trinity College Dublin. 
 
SNIFFER  (2007).  WFD  Visualisation  Package.  Published  by  the  Scotland  &  Northern  Ireland 
Forum for Environmental Research. Available on the www.wfdvisual.com website. 
 
Swartz  M.,  Misstear  B.,  Daly  D.,  Farrell  E.  (2003).  Assessing  subsoil  permeability  for 
groundwater vulnerability. Q J Eng Geol Hydrogeol 36:173–184 
 
UK Technical Advisory Group WP7a(01) (2004) Draft Guidance on general principles for risk 
assessment (PR2v6.19-01-04)
 
UK  Technical  Advisory  Group  (2008).  Application  of  Groundwater  Standards  to  Regulation. 
UK Technical Advisory Group Paper 11b(iii). Available on the www.wfduk.org website. 
 
UK  Technical  Advisory  Group  (2011).  Defining  &  Reporting  on  Groundwater  Bodies.  UK 
Technical Advisory Group. Working Draft Paper. 
 
Western  River  Basin  District  (2008).    Programme  of  Measures,  Unsewered  Wastewater 
Treatment Systems National Study. 53pp. 
 
WGGW  (2005a).  Guidance  on  the  Assessment  of  the  Impact  of  Groundwater  Abstractions. 
Guidance Document No. GW5. Paper by the Working Group on Groundwater. March 2005. 
46 
 

 
 
WGGW (2005b). Methodology for Risk Characterisation of Ireland’s Groundwater. Guidance 
Document No. GW8. Paper by the Working Group on Groundwater. March 2005. 
 
Withers, P.J., Jarvie, H.P. and Stoate, C. (2011). Quantifying the impact of septic tank systems 
on eutrophication risk in rural headwaters. Environmental International, 37, 644-653. 
 
47 
 

 
Appendix 1 
Susceptibility Matrices 
 
48 
 

 
Table A1(a): Susceptibility of inadequate percolation for a Single House Treatment System in various settings across Ireland – Extreme groundwater vulnerability 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aquifer/Soil type:    
Karst (Rk, Lk) 
Karst (Rk, Lk) 
Sand and Gravel 
Sand and Gravel 
Productive 
Productive bedrock 
Poorly 
Poorly Productive 
Poorly 
Poorly Productive 
(Rg, Lg)  
(Rg, Lg)  
bedrock (Rf, 
(Rf, Lm) 
Productive 
Bedrock (Ll)  
Productive 
Bedrock (Pl, Pu) 
 
 
Vulnerability                        
Lm) 
 
Bedrock (Ll)  
Bedrock (Pl, Pu) 
 
 
 
 
/Subsoil Permeability: 
 
 
Dry soil  
Wet soil  
Dry soil 
Dry soil   
Dry soil 
Wet soil 
Wet soil 
Wet soil  
 
Dry soil 
Wet soil 
 Extreme Vulnerability  Percolation 
rate  Percolation 
rate  Percolation  rate  Percolation 
rate  Percolation 
Percolation 
rate  Percolation  rate  Percolation 
rate  Percolation  rate  Percolation 
rate 
(Subsoil thickness  0-
depends  on  depth  moderate 
to 
low  low  and  generally  high  and  generally  rate 
depends  depends  on  depth  variable    and  variable 
 
and  variable    and  variable  but  often 
to  bedrock,  subsoil  depending on time of  <10;  well  drained  <10  depending  on  on  depth  to  to 
bedrock 
and  depends 
on  depends 
on  depends 
on  problematical;  lateral 
3m and in vicinity of 
type 
and 
the  year  of  test;  water  soils dominate. 
time of year of test;  bedrock 
and  subsoil  type;  but  permeability  of  permeability 
of  permeability  of  groundwater 
karst features) 
potential  presence  table 
<3m 
from 
water  table  <3m  subsoil 
type;  generally 
upper  bedrock  upper 
bedrock  upper  bedrock  movement 
limited; 
 
of 
preferential  surface, 
generally 
from 
surface,  but 
generally  satisfactory;  water  layers; 
winter  layers; winter water  layers; 
winter  rainfall 
runoff 
flowpaths  owing  to  owing  to  low-lying 
generally  owing  to  satisfactory; 
table  potentially  a  water  table  may  table may be high in  water  table  may  predominates; 
(Subsoil permeability  shallow  depths  to  topography,  and  may 
low-lying 
water  table  not  constraint; 
be  high  in  low  low  lying  or  flat  be  high  in  low  shallow  water  table 
variable and not 
bedrock 
but  be a constraint. 
topography, 
and  a 
constraint;  saturated 
soils  lying 
or 
flat  areas; 
lateral  lying 
or 
flat  especially  in  winter; 
generally 
may 
be 
a  well 
drained  dominate.  
areas; 
lateral  groundwater 
areas; 
lateral  poorly  drained  soils, 
considered in 
satisfactory;  water 
constraint. 
soils  dominate 
groundwater 
movement  may  be  groundwater 
peats  or  bare  rock 
assessment; this 
table 
not 

as 
bedrock 
movement  may  limited 
in 
some  movement  may  dominate. 
should be considered  constraint; 
well 
permeable.  
be  limited  in  circumstances;  
be  limited  in 
in the site 
drained 
soils 
some 
variable 
soils 
or  some 
assessment) 
dominate 
as 
circumstances;  
bare rock dominate.  circumstances;  
bedrock 
highly 
variable  soils  or 
variable  soils  or 
permeable. 
bare 
rock 
bare 
rock 
 
dominate. 
dominate. 
 Likelihood of 
Low 
Moderate 
Low 
Moderate 
Low 
Moderate 
Moderate 
Moderate 
Moderate 
High 
inadequate 
 
percolation 
Single House domestic 
Percolation 
Percolation may 
Percolation 
Percolation may 
Percolation 
Percolation may 
Percolation 
Percolation may 
Percolation 
Percolation often 
waste water 
generally 
be variable and in 
generally 
be variable and 
generally 
be variable and 
may be 
be variable and 
may be 
inadequate and 
treatment system 
adequate and 
low lying or flat 
adequate and 
in low lying or 
adequate 
in low lying or 
variable and 
in low lying or 
variable and 
lateral 
percolation issues 
no hydraulic 
areas hydraulic 
no hydraulic 
flat areas 
and no 
flat areas 
in low lying 
flat areas 
in low lying 
groundwater 
issue 
issues may arise; 
issue.  
hydraulic issues 
hydraulic 
hydraulic issues 
or flat areas 
hydraulic issues 
or flat areas 
movement often 
careful site 
may arise; 
issue 
may arise; 
hydraulic 
may arise; 
hydraulic 
restricted, 
assessments 
careful site 
careful site 
issues may 
careful site 
issues may 
thereby giving 
focussing on 
assessments 
assessments 
arise; careful 
assessments 
arise; careful 
rise to hydraulic 
potential 
focussing on 
focussing on 
site 
focussing on 
site 
issues 
hydraulic 
potential 
potential 
assessments 
potential 
assessments 
problems 
hydraulic 
hydraulic 
focussing on 
hydraulic 
focussing on 
required. 
problems 
problems 
potential 
problems 
potential 
required. 
required. 
hydraulic 
required. 
hydraulic 
problems 
problems 
 
required. 
required. 
 
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
 
 
 
 
 
 
 
 
49 
 

 
Table A1(b): Susceptibility of inadequate percolation for a Single House Treatment System in various settings across Ireland – High permeability subsoil 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aquifer/Soil type:    
Karst (Rk, Lk) 
Karst (Rk, Lk) 
Sand and Gravel 
Sand and Gravel 
Productive 
Productive bedrock 
Poorly 
Poorly Productive 
Poorly 
Poorly Productive 
(Rg, Lg)  
(Rg, Lg)  
bedrock (Rf, 
(Rf, Lm) 
Productive 
Bedrock (Ll)  
Productive 
Bedrock (Pl, Pu) 
 
 
Vulnerability                        
Lm) 
 
Bedrock (Ll)  
Bedrock (Pl, Pu) 
 
 
 
 
/Subsoil Permeability: 
 
 
Dry soil  
Wet soil  
Dry soil 
Dry soil   
Dry soil 
Wet soil 
Wet soil 
Wet soil  
 
Dry soil 
Wet soil 
High Permeability 
Percolation 
rate  Percolation  rate  high  Percolation  rate  Percolation 
rate  Percolation 
Percolation 
rate  Percolation  rate  Percolation 
rate  Percolation  rate  Percolation  rate  high 
Subsoil ~ (> 3m thick 
high and generally <  and  generally  <10  high 
and  high  and  generally  rate  high  and  high  and  generally  high 
and  high and generally <  high 
and  and  generally  <  10 
10;  > 3m of  subsoil;  depending on time of  generally  <  10;  >  <10  depending  on  generally  <  10;  <10  depending  on  generally  <10;  >  10  depending  on  generally < 10; >  depending on time of 
and with permeability  water  table  not  a  year  of  test;  water  3m  of  subsoil;  time of year of test;  > 3m of subsoil;  time of year of test;  3m  of  subsoil;  time of year of test;  3m  of  subsoil;  year  of  test;  >  3m  of 
>10-4 m/s); Broadly 
constraint; 
well  table 
<3m 
from  water  table  not  a  water  table  <3m  water  table  not  water  table  <3m  water  table  not  >  3m  of  subsoil;  water  table  not  subsoil;  water  table 
equate to BS5930 
drained 
soils  surface, 
generally  constraint; 
well  from 
surface,  a 
constraint;  from 
surface,  a 
constraint;  water  table  may  be  a 
constraint;  may  be  near-surface 
GRAVEL, sandy 
dominate. 
owing  to  low-lying  drained 
soils  generally  owing  to  well 
drained  generally  owing  to  well 
drained  near-surface  owing  well 
drained  owing  to  low-lying 
GRAVEL and SAND 
topography,  and  may  dominate. 
low-lying 
soils dominate. 
low-lying 
topo-
soils dominate. 
to  low-lying  topo-
soils dominate. 
topography; 
be a constraint. 
topography, 
and 
graphy,  and  may be 
graphy; 
saturated 
saturated 
soils 
may 
be 

a constraint. 
soils dominate. 
dominate. 
 
constraint. 
 Likelihood of 
Low 
Moderate 
Low 
Moderate 
Low 
Moderate 
Low 
Moderate 
Low 
Moderate 
inadequate 
 
percolation 
Single House domestic 
Percolation 
Percolation may 
Percolation 
Percolation may 
Percolation 
Percolation may 
Percolation 
Percolation may 
Percolation 
Percolation may 
waste water 
generally 
be variable and in 
generally 
be variable and 
generally 
be variable and 
generally 
be variable and 
generally 
be variable and in 
treatment system 
adequate and 
low lying or flat 
adequate and 
in low lying or 
adequate 
in low lying or 
adequate 
in low lying or 
adequate 
low lying or flat 
percolation issues 
no hydraulic 
areas hydraulic 
no hydraulic 
flat areas 
and no 
flat areas 
and no 
flat areas 
and no 
areas hydraulic 
issue 
issues may arise; 
issue 
hydraulic issues 
hydraulic 
hydraulic issues 
hydraulic 
hydraulic issues 
hydraulic 
issues may arise; 
careful site 
may arise; 
issue 
may arise; 
issue 
may arise; 
issue 
careful site 
assessments 
careful site 
careful site 
careful site 
assessments 
focussing on 
assessments 
assessments 
assessments 
focussing on 
potential 
focussing on 
focussing on 
focussing on 
potential 
hydraulic 
potential 
potential 
potential 
hydraulic 
problems 
hydraulic 
hydraulic 
hydraulic 
problems 
required. 
problems 
problems 
problems 
required. 
 
required. 
required. 
required. 
 
 
50 
 

 
 
Table A1(c): Susceptibility of inadequate percolation for a Single House Treatment System in various settings across Ireland – Moderate permeability subsoil 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aquifer/Soil type:    
Karst (Rk, Lk) 
Karst (Rk, Lk) 
Sand and Gravel 
Sand and Gravel 
Productive 
Productive bedrock 
Poorly 
Poorly Productive 
Poorly 
Poorly Productive 
(Rg, Lg)  
(Rg, Lg)  
bedrock (Rf, 
(Rf, Lm) 
Productive 
Bedrock (Ll)  
Productive 
Bedrock (Pl, Pu) 
 
 
Vulnerability                        
Lm) 
 
Bedrock (Ll)  
Bedrock (Pl, Pu) 
 
 
 
 
/Subsoil Permeability: 
 
 
Dry soil  
Wet soil  
Dry soil 
Dry soil   
Dry soil 
Wet soil 
Wet soil 
Wet soil  
 
Dry soil 
Wet soil 
Moderate 
Percolation 
rate  Percolation 
rate 
Limited to 
Limited to small  Percolation 
Percolation 
rate  Percolation  rate  Percolation rate low  Percolation  rate  Percolation  rate  low 
permeability subsoil ~  moderate, 
water  moderate  to 
low; 
small areas of  areas of country  rate  moderate;  moderate  to  low;  moderate; water  depending  on  time  moderate; water  depending on time of 
table 
not 
a  water 
table 
water  table  not  water 
table  table 
not 
a  of  year  of  test;  table 
not 
a  year  of  test;  water 
(Subsoil >3m thick 
country only 
only 
constraint; 
well  potentially 


constraint;  potentially 
a  constraint;  well  water 
table  constraint;  well  table 
probably 

and with permeability  drained 
soils  constraint  owing  to 
well 
drained  constraint  owing  to  drained 
soils  probably 
a  drained 
soils  constraint  owing  to 
in range 10-4 - 10-8 
dominate. 
low-lying  topography; 
soils 
usually  low-lying 
usually 
constraint  owing  to  usually 
low-lying  topography; 
m/s.) Broadly equates 
saturated 
soils 
dominate.  
topography; 
dominate.  
low-lying 
dominate.  
saturated 
soils 
to BS5930; silty SAND, 
dominate. 
saturated 
soils 
topography; 
dominate. 
dominate. 
saturated 
soils 
clayey SAND, SILT, 
dominate. 
sandy SILT, some 
SILT/CLAY and some 
sandy SILT/CLAY (as 
well as gravelly 
 
equivalents of each) 
 Likelihood of 
Low 
Moderate 
Moderate 
High where this 
Low 
Moderate 
Low 
High 
Low 
High 
inadequate 
where this 
setting occurs 
 
percolation 
setting occurs 
Single House domestic 
Percolation 
Percolation may 
Limited to 
Limited to small 
Percolation 
Percolation may 
Percolation 
Percolation may 
Percolation 
Percolation may 
waste water 
generally 
be variable and in  small areas of  areas of country 
generally 
be variable and 
generally 
be variable and 
generally 
be variable and in 
treatment system 
adequate and 
low lying or flat 
country 
adequate 
in low lying or 
adequate 
in low lying or 
adequate 
low lying or flat 
percolation issues 
no hydraulic 
areas hydraulic 
and no 
flat areas 
and no 
flat areas 
and no 
areas hydraulic 
issue 
issues may arise; 
hydraulic 
hydraulic issues 
hydraulic 
hydraulic issues 
hydraulic 
issues may arise; 
careful site 
issue. 
may arise; 
issue. 
may arise; 
issue. 
careful site 
assessments 
careful site 
careful site 
assessments 
focussing on 
assessments 
assessments 
focussing on 
potential 
focussing on 
focussing on 
potential 
hydraulic 
potential 
potential 
hydraulic 
problems 
hydraulic 
hydraulic 
problems 
required. 
problems 
problems 
required. 
 
required. 
required. 
 
 
51 
 

 
Table A1(d): Susceptibility of inadequate percolation for a Single House Treatment System in various settings across Ireland – Low permeability subsoil 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aquifer/Soil type:    
Karst (Rk, Lk) 
Karst (Rk, Lk) 
Sand and Gravel 
Sand and Gravel 
Productive 
Productive bedrock 
Poorly 
Poorly Productive 
Poorly 
Poorly Productive 
(Rg, Lg)  
(Rg, Lg)  
bedrock (Rf, 
(Rf, Lm) 
Productive 
Bedrock (Ll)  
Productive 
Bedrock (Pl, Pu) 
 
 
Vulnerability                        
Lm) 
 
Bedrock (Ll)  
Bedrock (Pl, Pu) 
 
 
 
 
/Subsoil Permeability: 
 
 
Dry soil  
Wet soil  
Dry soil 
Dry soil   
Dry soil 
Wet soil 
Wet soil 
Wet soil  
 
Dry soil 
Wet soil 
Low Permeability 
Percolation 
rate  Percolation  rate  very 
Limited to 
Limited to small  Percolation 
Percolation 
rate  Percolation  rate  Percolation 
rate  Percolation  rate  Percolation  rate  very 
Subsoil ~ (>3m thick 
very  low  except  low  except  where 
small areas of  areas of country  rate  very  low;  very  low;  rainfall  very low; rainfall  very  low;  rainfall  very low; rainfall  low;  rainfall  runoff 
where  bypass  flow  bypass  flow  at  karst 
rainfall  runoff  runoff 
runoff 
runoff 
runoff 
predominates; 
and with permeability 
country 
at  karst  features  features (e.g. swallow 
predominates; 
predominates; 
predominates; 
predominates; 
predominates; 
generally 
shallow 
<~10-8 m/s.); Broadly  (e.g.  swallow  holes,  holes, 
dolines);  
generally 
generally 
shallow  generally 
generally 
shallow  generally 
‘perched’ water table; 
equates to BS 5930; 
dolines);    rainfall  rainfall 
runoff 
shallow 
‘perched’ 
water  shallow 
‘perched’ 
water  shallow 
poorly  drained  soils 
some SILT/CLAY, 
runoff 
predominates; 
‘perched’ water  table; 
poorly  ‘perched’  water  table; 
poorly  ‘perched’  water  dominate.  
some sandy 
predominates; 
generally 
shallow 
table; 
poorly  drained 
soils  table; 
poorly  drained 
soils  table; 
poorly 
generally 
shallow  ‘perched’  water  table 
drained 
soils  dominate.  
drained 
soils  dominate.  
drained 
soils 
SILT/CLAY, CLAY, 
‘perched’ 
water  in 
winter; 
poorly 
dominate.  
dominate.  
dominate.  
sandy CLAY, CLAY, 
table 
in 
winter;  drained 
soils 
and the gravelly 
poorly  drained  soils  dominate.  
equivalents of each of  dominate.  
 
these 
 Likelihood of 
Very High 
Very High 
Very High 
Very High 
Very High 
Very High 
Very High  
Very High  
Very High  
Very High 
inadequate 
where this 
where this 
 
percolation 
setting occurs 
setting occurs 
Single House domestic 
Percolation 
Percolation often 
Limited to 
Limited to small 
Percolation 
Percolation 
Percolation 
Percolation 
Percolation 
Percolation often 
waste water 
often 
inadequate and 
small areas of 
areas of the 
often 
often 
often 
often 
often 
inadequate and 
treatment system 
inadequate and 
therefore 
the country 
country 
inadequate 
inadequate and 
inadequate 
inadequate and 
inadequate 
therefore 
percolation issues  
therefore 
saturated subsoil 
and 
therefore 
and therefore 
therefore 
and therefore  saturated subsoil 
saturated 
a constraint in 
therefore 
saturated 
saturated 
saturated 
saturated 
a constraint in 
subsoil a 
winter. Hydraulic 
saturated 
subsoil a 
subsoil a 
subsoil a 
subsoil a 
winter. Hydraulic 
constraint in 
issues likely. 
subsoil a 
constraint in 
constraint in 
constraint in 
constraint in 
issues likely. 
winter. 
constraint in 
winter. 
winter. 
winter. 
winter. 
Hydraulic issues 
winter. 
Hydraulic issues 
Hydraulic 
Hydraulic issues 
Hydraulic 
likely. 
Hydraulic 
likely. 
issues likely. 
likely. 
issues likely. 
 
issues likely. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
52 
 

 
Table A2: Susceptibility of MRP and pathogens entering groundwater via subsurface pathways from a Single House Treatment System 
 
 
   
 
Vulnerability/Subsoil Permeability 
Bedrock aquifers 
Sand and gravel aquifers 
Extreme Vulnerability (X - subsoil thickness  0-1m and in vicinity of karst features) 
Very high 
n/a 
Extreme Vulnerability (E – subsoil thickness 1m-3m) 
High 
High 
High, Moderate, Low Vulnerability 
High Subsoil Permeability 
Low 
Low 
Moderate Subsoil Permeability 
Low 
Low 
Low Subsoil Permeability 
Low 
n/a 
 
 
 
 
 
Table A3: Susceptibility of nitrate entering groundwater via subsurface pathways from a Single House Treatment System 
                                                                 Bedrock/Soil 
 
 
 
 
‘Denitrifying’ bedrock 
type 
Sand and gravel aquifers 
Sand and gravel aquifers 
Bedrock aquifers – dry soil 
Bedrock aquifers – wet 
aquifers 
soil 
 
– dry soil 
– wet soil 
 
 
 
includes rocks with 
 
 
includes most bedrock 
remove nitrate through 
types 
includes most bedrock 
Vulnerability/Subsoil Permeability 
chemical reactions13 
types 
Extreme Vulnerability (X and E - subsoil thickness  0-
Very high 
Low 
Very high 
Low 
Low 
3m and in vicinity of karst features) 
High, Moderate, 
High Subsoil Permeability 
Very high 
Low 
Very high 
Low 
Moderate 
Low Vulnerability  Moderate Subsoil Permeability 
Very high 
Low 
Very high 
Low 
Low 
Low Subsoil Permeability 
n/a 
n/a 
Low 
Low 
Low 
 
 
                                                 
13 See appendix 3 for list of bedrock types which remove nitrate naturally 
53 
 

 
Appendix 2 
Bedrock types which are rich in pyrite and hence denitrify 
(‘Denitrifying’ bedrock aquifers) 
Impure Limestones 
Westphalian Shales 
Ballina Limestone Formation 
Coolbaun Formation 
Ballymartin Formation 
Moyadd Coal Formation 
Ballysteen Formation 
Westphalian (undifferentiated) 
Calp 
  
Finlough Formation 
Ordovician Volcanics 
Loughshinny Formation 
Aghamore Formation 
Lucan Formation 
Avoca Formation 
Parsonage and Corgrig Lodge Formation 
Ballyhoge Formation 
  
Ballymalone Formation 
Dinantian (early) Sandstones, Shales 
and Limestones 
Dunabrattin Formation 
Lower Limestone Shale 
Tawnyinagh Formation 
  
  
Namurian Sandstones 
Ordovician Metasediments 
Ballynahown Sandstone Formation 
Carrickatee Formation 
Cloone Flagstone Formation 
Carrighalia Formation 
Feale Sandstone Formation 
Hornfels in Finnlaghhta Formation 
  
Kehernaghkilly Formation 
Namurian Shales 
Laragh Formation 
Ardagh Shale Formation 
One Brook Formation 
Bencroy Shale Formation 
Toberelatan Formation 
Clare Shale Formation 
  
Craggagh Shale Formation 
Silurian Metasediments and Volcanics 
Dergvone Shale Formation 
Aghaward Formation 
East Point Formation 
  
Giants Grave Formation 
Basalts and other volcanic rocks 
Glenoween Shale Formation 
Carrigcleenamore Volcanics 
Gowlaun Shale Formation 
  
Killeshin Siltstone Formation 
Precambrian Quartzites, Gneisses and Schists 
Lackantedane Formation 
Cornamona Marble Formation 
Longstone Shale Member 
  
Luggacurren Shale Formation 
Precambrian Marbles 
Moanour Formation 
Lakes Marble Formation 
  
  
  
Granites and other igneous intrusive rocks 
  
Crossdoney Granite 
54 
 



 
Appendix 3 
Worked Example of Calculations of Load Input, Attenuation, 
Dilution and Impact Risk for an area 
Step 1: Calculation of Load Input for an area of 1 km2.* 
 
Load = (load per person (kg/yr)) x (number of persons per house) x (density of houses (per km2)) = kg/km2/yr  
Housing density is 20 houses per km2. 
 
N Load = 2.7 kg/yr x 2.8 persons per house x 20 houses/km2 = 151.2 kg/km2/yr 
MRP Load = 0.5 kg/yr x 2.8 persons per house x 20 houses/km2 = 28 kg/km2/yr 
A 1 km2 grid was taken as the most appropriate for the analysis 
Step 2: Calculation of Load following Attenuation (Surface Pathway). 
 
Load  following  Attenuation  (Groundwater  Pathway)  =  Load  Input  (kg/km2/yr)  x    (%  of  Load  leaving  Septic 
Tank that will reach receptor based on Susceptibility Risk) x (% of Load that will NOT be removed in overland 
flow 
(i)
N Load  
N Load = 151.2 kg/km2/yr and there is LOW Susceptibility for N 
N Load following attenuation = 151.2 kg/km2/yr x 5% x 75% = 5.67 kg/km2/yr 
 
(ii)
MRP Load  
MRP Load = 28 kg/km2/yr and there is MODERATE Susceptibility for MRP 
MRP Load following attenuation = 28 kg/km2/yr x 25% x 75% = 5.25 kg/km2/yr 
 
The example is simplified to a certain degree to demonstrate the methodology used. – The calculation of the 
Load following Attenuation will be calculated for each DWWTS individually and aggregated over the given 
grid square. This would allow for taking into account variation in susceptibility ranking within a given area. 
 
 
55 
 


 
Step 3: Calculation of Load following Attenuation (Subsurface Pathway). 
 
Load following Attenuation (Subsurface Pathway) = Load Input (kg/km2/yr) x  (% of Load leaving Septic Tank 
that will reach receptor based on Susceptibility Risk)  
 
(iii)
N Load  
N Load = 151.2 kg/km2/yr and there is VERY HIGH Susceptibility for N 
N Load following attenuation = 151.2 kg/km2/yr x 30% = 45.36 kg/km2/yr 
 
(iv)
MRP Load 
MRP Load = 28 kg/km2/yr and there is VERY HIGH Susceptibility for MRP 
MRP Load following attenuation = 28 kg/km2/yr x 90% = 25.2 kg/km2/yr 
 
The example is simplified to a certain degree to demonstrate the methodology used.  The calculation of the 
load following attenuation will be calculated for each domestic waste water treatment  system individually 
and aggregated over the given grid square. This would allow for taking into account variation in susceptibility 
ranking within a given area. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
56 
 


 
Step 4: Calculation of Dilution of Load and resultant concentration  
 
Surface Pathway 
𝑚3
𝐷𝑖𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒   𝑘𝑚2  
𝑦𝑟
 
𝑚𝑚
𝐸𝑓𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑒 𝑅𝑎𝑖𝑛𝑓𝑎𝑙𝑙    𝑦𝑟  
=  
𝑚𝑚
×  𝐴𝑟𝑒𝑎  𝑘𝑚2  × 1,000,000  𝑚2   × 𝐿𝑜𝑤 𝐹𝑙𝑜𝑤 𝑅𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 
1,000    𝑚  
Effective Rainfall  = 500 mm/yr; Low Flow reduction Factor =0.22  
Dilution Volume (at low flow) per 1km2 area = (500/1,000)*(1*1,000,000)*0.22= 110,000 m3 
𝑘𝑔
𝑚𝑔
𝑚𝑔
𝐿𝑜𝑎𝑑 𝑓𝑜𝑙𝑙𝑜𝑤𝑖𝑛𝑔 𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛  𝑦𝑟  × 1,000,000   𝑘𝑔 
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛   
  =  
𝑙
𝑚3
 
𝑙
𝐷𝑖𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒   𝑘𝑚2
𝑦𝑟   × 1,000   𝑚3 
N Load following attenuation = 5.67 kg/km2/yr 
N Concentration (Surface water)= (5.67*1,000,000)/(110,000*1,000) = 0.052 mg/l N 
 
MRP Load following attenuation = 5.25 kg/km2/yr 
MRP Concentration (Surface water)= (5.25*1,000,000)/(110,000*1,000) = 0.048 mg/l P 
Subsurface Pathway 
 
𝑚3
𝑚𝑚
𝑅𝑒𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒    𝑦𝑟  
𝐷𝑖𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒    𝑘𝑚2   =  
×  𝐴𝑟𝑒𝑎  𝑘𝑚2  × 1,000,000  𝑚2  
𝑦𝑟
𝑚𝑚
 
1,000    𝑚  
Recharge  = 350 mm/yr  
 
Annual Dilution Volume per 1km2 area = (350/1,000)*(1*1,000,000)= 350,000 m3 
𝑘𝑔
𝑚𝑔
𝑚𝑔
𝐿𝑜𝑎𝑑 𝑓𝑜𝑙𝑙𝑜𝑤𝑖𝑛𝑔 𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛  𝑦𝑟  × 1,000,000   𝑘𝑔 
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛   
  =  
𝑙
𝑚3
 
𝑙
𝐷𝑖𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒   𝑘𝑚2
𝑦𝑟   × 1,000   𝑚3 
N Load following attenuation = 45.36 kg/km2/yr 
N Concentration (Groundwater)  = (45.36*1,000,000)/(350,000*1,000) = 0.130 mg/l N 
 
MRP Load following attenuation = 25.2 kg/km2/yr 
MRP Concentration (Groundwater)= (25.2*1,000,000)/(350,000*1,000) = 0.072 mg/l P 
 
 
57 
 


 
 
 
 Step 5: Summary and Risk derived from proposed Risk Ranking  
  
 Surface Pathway 
 From earlier steps: Density = 20 houses per km2 ; Effective Rainfall = 500 mm/yr; LOW Susceptibility for N; 
MODERATE Susceptibility for MRP 
 
N Concentration (Surface water) = 0.052 mg/l N - Impact Risk = LOW 
  
 MRP Concentration (Surface water)= 0.048 mg/l P - Impact Risk = VERY HIGH 
 Subsurface Pathway  
 From earlier steps: Density = 20 houses per km2 ; Recharge = 350 mm/yr; VERY HIGH Susceptibility for N; 
 VERY HIGH Susceptibility for MRP  
  
 N Concentration (Groundwater)  = 0.130 mg/l N - Impact Risk = LOW 
  
MRP Concentration (Groundwater)= 0.072 mg/l P - Impact Risk = VERY HIGH   
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
58 
 

 
Appendix 4 
Examples of the Output of the Excel Workbook for 
Surface and Subsurface Pathways. 
SURFACE Pathway
Pollutant
MRP
Load kg per Person/year  
(in liquid effluent leaving 
Septic Tank)
0.5
Persons Per House
2.8
% of Load that will 
%  of Load 
NOT be removed by  % of Load that will 
Leaving Septic 
travel through 
NOT be removed 
tank that will 
PATHWAY
subsurface pathway
in overland flow
reach receptor
LOW Susceptibility
5
4
MODERATE 
Susceptibility
25
19
75
HIGH Susceptibility
50
38
P Impact Risk Ranking
VERY HIGH 
Susceptibility
80
60
<0.015
0.015-0.025
0.025-0.035
>0.035
Effective Rainfall mm/yr
500
Low Flow reduction factor 
(Q90/Q50)
0.22
LOAD to Surfacewater kg P per year/km2
Low Flow Concentration in Surfacewater mg/l P
Housing density (per 
LOAD kg P per 
MODERATE 
HIGH 
VERY HIGH 
MODERATE 
VERY HIGH 
km2)
year/km2
LOW Susceptibility
Susceptibility
Susceptibility
Susceptibility 
LOW Susceptibility
Susceptibility
HIGH Susceptibility
Susceptibility
2
3
0.11
0.53
1.05
1.68
0.001
0.005
0.010
0.015
4
6
0.21
1.05
2.10
3.36
0.002
0.010
0.019
0.031
6
8
0.32
1.58
3.15
5.04
0.003
0.014
0.029
0.046
8
11
0.42
2.10
4.20
6.72
0.004
0.019
0.038
0.061
10
14
0.53
2.63
5.25
8.40
0.005
0.024
0.048
0.076
12
17
0.63
3.15
6.30
10.08
0.006
0.029
0.057
0.092
14
20
0.74
3.68
7.35
11.76
0.007
0.033
0.067
0.107
16
22
0.84
4.20
8.40
13.44
0.008
0.038
0.076
0.122
18
25
0.95
4.73
9.45
15.12
0.009
0.043
0.086
0.137
20
28
1.05
5.25
10.50
16.80
0.010
0.048
0.095
0.153
22
31
1.16
5.78
11.55
18.48
0.011
0.053
0.105
0.168
24
34
1.26
6.30
12.60
20.16
0.011
0.057
0.115
0.183
26
36
1.37
6.83
13.65
21.84
0.012
0.062
0.124
0.199
28
39
1.47
7.35
14.70
23.52
0.013
0.067
0.134
0.214
30
42
1.58
7.88
15.75
25.20
0.014
0.072
0.143
0.229
32
45
1.68
8.40
16.80
26.88
0.015
0.076
0.153
0.244
34
48
1.79
8.93
17.85
28.56
0.016
0.081
0.162
0.260
36
50
1.89
9.45
18.90
30.24
0.017
0.086
0.172
0.275
38
53
2.00
9.98
19.95
31.92
0.018
0.091
0.181
0.290
40
56
2.10
10.50
21.00
33.60
0.019
0.095
0.191
0.305
42
59
2.21
11.03
22.05
35.28
0.020
0.100
0.200
0.321
44
62
2.31
11.55
23.10
36.96
0.021
0.105
0.210
0.336
46
64
2.42
12.08
24.15
38.64
0.022
0.110
0.220
0.351
48
67
2.52
12.60
25.20
40.32
0.023
0.115
0.229
0.367
50
70
3
13
26
42
0.024
0.119
0.239
0.382
Pollutant
N
Load kg per Person/year  
(in liquid effluent leaving 
Septic Tank)
2.7
Persons Per House
2.8
% of Load that will 
%  of Load 
NOT be removed by  % of Load that will 
Leaving Septic 
travel through 
NOT be removed 
tank that will 
PATHWAY
subsurface pathway
in overland flow
reach receptor
LOW Susceptibility
5
4
MODERATE 
Susceptibility
25
19
75
HIGH Susceptibility
50
38
N Impact Risk ranking
VERY HIGH 
Susceptibility
80
60
<2
2-3.6
3.6-5.6
>5.6
Effective Rainfall mm/yr
500
Low Flow reduction factor 
(Q90/Q50) 
0.22
LOAD to Surfacewater kg N per year/km2
Low Flow Concentration in Surfacewater mg/l N
Housing density (per 
LOAD kg N per 
MODERATE 
HIGH 
VERY HIGH 
MODERATE 
VERY HIGH 
km2)
year/km2
LOW Susceptibility
Susceptibility
Susceptibility
Susceptibility
LOW Susceptibility
Susceptibility
HIGH Susceptibility
Susceptibility
2
15
0.57
2.84
5.67
9.07
0.005
0.026
0.052
0.082
4
30
1.13
5.67
11.34
18.14
0.010
0.052
0.103
0.165
6
45
1.70
8.51
17.01
27.22
0.015
0.077
0.155
0.247
8
60
2.27
11.34
22.68
36.29
0.021
0.103
0.206
0.330
10
76
2.84
14.18
28.35
45.36
0.026
0.129
0.258
0.412
12
91
3.40
17.01
34.02
54.43
0.031
0.155
0.309
0.495
14
106
3.97
19.85
39.69
63.50
0.036
0.180
0.361
0.577
16
121
4.54
22.68
45.36
72.58
0.041
0.206
0.412
0.660
18
136
5.10
25.52
51.03
81.65
0.046
0.232
0.464
0.742
20
151
5.67
28.35
56.70
90.72
0.052
0.258
0.515
0.825
22
166
6.24
31.19
62.37
99.79
0.057
0.284
0.567
0.907
24
181
6.80
34.02
68.04
108.86
0.062
0.309
0.619
0.990
26
197
7.37
36.86
73.71
117.94
0.067
0.335
0.670
1.072
28
212
7.94
39.69
79.38
127.01
0.072
0.361
0.722
1.155
30
227
8.51
42.53
85.05
136.08
0.077
0.387
0.773
1.237
32
242
9.07
45.36
90.72
145.15
0.082
0.412
0.825
1.320
34
257
9.64
48.20
96.39
154.22
0.088
0.438
0.876
1.402
36
272
10.21
51.03
102.06
163.30
0.093
0.464
0.928
1.485
38
287
10.77
53.87
107.73
172.37
0.098
0.490
0.979
1.567
40
302
11.34
56.70
113.40
181.44
0.103
0.515
1.031
1.649
42
318
11.91
59.54
119.07
190.51
0.108
0.541
1.082
1.732
44
333
12.47
62.37
124.74
199.58
0.113
0.567
1.134
1.814
46
348
13.04
65.21
130.41
208.66
0.119
0.593
1.186
1.897
48
363
13.61
68.04
136.08
217.73
0.124
0.619
1.237
1.979
50
378
14
71
142
227
0.129
0.644
1.289
2.062
 
59 
 

 
 
 
SUBSURFACE Pathway
Pollutant
MRP
Load kg per Person/year  
(in liquid effluent leaving 
Septic Tank)
0.5
Persons Per House
2.8
%  of Load that will NOT be removed 
by travel through subsurface 
pathway (ie %  of Load leaving 
PATHWAY
Septic Tank that will reach receptor)
LOW Susceptibility
0
HIGH Susceptibility
10
P Impact Risk Ranking
VERY HIGH 
Susceptibility
90
<0.015
0.015-0.025
0.025-0.035
>0.035
Recharge mm/yr
350
LOAD in Groundwater kg P per year/km2
Concentration in Groundwater mg/l P
VERY HIGH 
Housing density (per 
LOW MRP 
HIGH MRP 
MRP 
LOW MRP 
HIGH MRP 
VERY HIGH MRP 
km2)
LOAD kg P per year/km2
Susceptibility
Susceptibility
Susceptibility
Susceptibility
Susceptibility
Susceptibility
2
3
0
0
3
0.000
0.001
0.007
4
6
0
1
5
0.000
0.002
0.014
6
8
0
1
8
0.000
0.002
0.022
8
11
0
1
10
0.000
0.003
0.029
10
14
0
1
13
0.000
0.004
0.036
12
17
0
2
15
0.000
0.005
0.043
14
20
0
2
18
0.000
0.006
0.050
16
22
0
2
20
0.000
0.006
0.058
18
25
0
3
23
0.000
0.007
0.065
20
28
0
3
25
0.000
0.008
0.072
22
31
0
3
28
0.000
0.009
0.079
24
34
0
3
30
0.000
0.010
0.086
26
36
0
4
33
0.000
0.010
0.094
28
39
0
4
35
0.000
0.011
0.101
30
42
0
4
38
0.000
0.012
0.108
32
45
0
4
40
0.000
0.013
0.115
34
48
0
5
43
0.000
0.014
0.122
36
50
0
5
45
0.000
0.014
0.130
38
53
0
5
48
0.000
0.015
0.137
40
56
0
6
50
0.000
0.016
0.144
42
59
0
6
53
0.000
0.017
0.151
44
62
0
6
55
0.000
0.018
0.158
46
64
0
6
58
0.000
0.018
0.166
48
67
0
7
60
0.000
0.019
0.173
50
70
0
7
63
0.000
0.020
0.180
Pollutant
N
Load kg per Person/year  
(in liquid effluent leaving 
Septic Tank)
2.7
Persons Per House
2.8
%  of Load that will NOT be removed 
by travel through subsurface 
pathway (ie %  of Load leaving 
PATHWAY
Septic Tank that will reach receptor)
LOW Susceptibility
10
MODERATE 
Susceptibility
15
N Impact Risk Ranking
VERY HIGH 
Susceptibility
30
<2
2-3.6
3.6-5.6
>5.6
Recharge mm/yr
350
LOAD in Groundwater kg N per year/km2
Concentration in Groundwater mg/l N
Housing density (per 
LOW N 
HIGH N 
VERY HIGH N 
VERY HIGH N 
km2)
LOAD kg N per year/km2
Susceptibility
Susceptibility
Susceptibility
LOW N Susceptibility
HIGH N Susceptibility
Susceptibility
2
15
2
2
5
0.004
0.006
0.013
4
30
3
5
9
0.009
0.013
0.026
6
45
5
7
14
0.013
0.019
0.039
8
60
6
9
18
0.017
0.026
0.052
10
76
8
11
23
0.022
0.032
0.065
12
91
9
14
27
0.026
0.039
0.078
14
106
11
16
32
0.030
0.045
0.091
16
121
12
18
36
0.035
0.052
0.104
18
136
14
20
41
0.039
0.058
0.117
20
151
15
23
45
0.043
0.065
0.130
22
166
17
25
50
0.048
0.071
0.143
24
181
18
27
54
0.052
0.078
0.156
26
197
20
29
59
0.056
0.084
0.168
28
212
21
32
64
0.060
0.091
0.181
30
227
23
34
68
0.065
0.097
0.194
32
242
24
36
73
0.069
0.104
0.207
34
257
26
39
77
0.073
0.110
0.220
36
272
27
41
82
0.078
0.117
0.233
38
287
29
43
86
0.082
0.123
0.246
40
302
30
45
91
0.086
0.130
0.259
42
318
32
48
95
0.091
0.136
0.272
44
333
33
50
100
0.095
0.143
0.285
46
348
35
52
104
0.099
0.149
0.298
48
363
36
54
109
0.104
0.156
0.311
50
378
38
57
113
0.108
0.162
0.324
 
60